撮像装置
【課題】 パララックスの発生を抑制して、広い範囲の画像を得ると共に、全体の容積を低減することができる撮像装置を提供する。
【解決手段】 複数のｎ個の撮像手段１１Ａ，１１Ｂに対して、（ｎ−１）個の光路変更手段１３を備え、１個の撮像手段１１Ａは直接被写体を撮影し、他の（ｎ−１）個の撮像手段１１Ｂは、光路変更手段１３を経て間接的に被写体を撮影し、各撮像手段１１Ａ，１１Ｂの仮想光学中心が略一致する撮像装置１０を構成する。
【解決手段】 複数のｎ個の撮像手段１１Ａ，１１Ｂに対して、（ｎ−１）個の光路変更手段１３を備え、１個の撮像手段１１Ａは直接被写体を撮影し、他の（ｎ−１）個の撮像手段１１Ｂは、光路変更手段１３を経て間接的に被写体を撮影し、各撮像手段１１Ａ，１１Ｂの仮想光学中心が略一致する撮像装置１０を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全周等の広い範囲を撮像することができる撮像装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
広い範囲を撮影する場合に、１個のカメラのみで撮影しようとすると、広い画角が必要となるが、カメラのレンズの特性により、画角を広く取ろうとするほど、画面周辺部において歪や収差、減光が大きくなってしまう。また、画角の外にある光の影響によるフレアも出やすくなる。
【０００３】
その他にも、１個のカメラを、軸の周囲に回転させて撮影する方法が考えられる。
この場合には、回転にある程度の時間を要するため、撮影開始点と終点との時間差により、動いている被写体が変形したり、不連続になったりして、正しく写らない。
【０００４】
これに対して、多数のビデオカメラを使用して、広い範囲を同時に撮影するカメラの構成が種々提案されている。
【０００５】
例えば、複数のカメラを使用して、各カメラの光軸の延長部が略一致する交点で交わるように配置した構成（特許文献１参照）が提案されている。
【０００６】
しかしながら、このようなカメラの構成では、各ビデオカメラの光学中心（視点中心等とも呼ばれる）が一致していないと、パララックス（視差）が生じて、高品質に複数の画像をつなぎ合わせることができない、という問題を生じる。
具体的には、例えば、隣接する２つのカメラのそれぞれで撮影した画像同士のつなぎ目部分に、距離の違う複数の被写体が存在していると、その全ての被写体が正しく写るように画像をつなげることができない。
【０００７】
そこで、パララックスの問題を解決するために、例えば、ミラーを用いることにより、複数のカメラの視点中心を仮想的に略一致させた構成（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−６７０２０号公報
【特許文献２】特開平１０−１４５６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、例えば、上記特許文献２に記載された構成では、２組のカメラと２組のミラーとを用いていることにより、カメラ及びミラーが占める容積が大きくなり、撮像装置の筐体が大型化することになる。
【００１０】
上述した問題の解決のために、本発明においては、パララックスの発生を抑制して、広い範囲の画像を得ると共に、全体の容積を低減することができる撮像装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の撮像装置は、複数の撮像手段から成り、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の撮像手段に対して（ｎ−１）個の光路変更手段を備え、ｎ個の撮像手段のうち１個の撮像手段は、光路変更手段を経ないで直接被写体を撮像し、他の（ｎ−１）個の撮像手段は、光路変更手段を経る光路で被写体を撮像し、複数の撮像手段の各撮像手段の仮想光学中心が略一致するものである。
【００１２】
上述の本発明の撮像装置の構成によれば、複数の撮像手段から成ることにより、各撮像手段で撮影した画像をつなぎ合わせて、広い範囲の画像を得ることができる。
そして、複数の撮像手段の各撮像手段の仮想光学中心が略一致することにより、パララックス（視差）の発生を抑制することができる。
また、ｎ個の撮像手段に対して、光路変更手段を（ｎ−１）個としているため、上記特許文献２に記載されているような、撮像手段と光路変更手段を同じ個数（ｎ個）備えた撮像装置と比較して、光路変更手段の個数が１個少なくなることから、光路変更手段が占める容積を低減して、全体の容積を低減することが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
上述の本発明の撮像装置によれば、複数の撮像手段において、パララックス（視差）の発生を抑制することができるため、画像間のつなぎ目部分にさまざまな距離の被写体が写っている場合であっても、滑らかに画像をつなぐことができる。
また、本発明によれば、撮像装置全体の容積を低減することができるため、撮像装置の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要について説明する。
【００１５】
本発明では、複数の撮像手段（カメラ等）から成る撮像装置において、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の撮像手段に対して（ｎ−１）個の光路変更手段を備え、ｎ個の撮像手段のうち１個の撮像手段は、光路変更手段を経ないで直接被写体を撮像し（以下、このような撮像手段を直接撮像手段とする）、他の（ｎ−１）個の撮像手段は、光路変更手段を経る光路で被写体を撮像し（以下、このような撮像手段を間接撮像手段とする）、複数の撮像手段の各撮像手段の仮想光学中心が略一致する構成とするものである。
【００１６】
光路変更手段としては、ミラー（反射材）やプリズム、その他の導光手段（導光路等）が考えられる。
【００１７】
本発明では、上述した構成とすることにより、複数の撮像手段の各撮像手段で撮影した画像をつなぎ合わせて、広い範囲の画像を得ることができ、かつ各撮像手段の仮想光学中心が略一致するため、パララックス（視差）の発生を抑制することができる。
そして、複数の撮像手段の各撮像手段で撮影した画像をつなぎ合わせるため、各撮像手段のレンズとして、周辺部の歪、収差、減光といった画質劣化の比較的少ないレンズを使用しても、広い範囲の画像を得ることができる。これにより、広角レンズを有する１個の撮像手段で撮影した画像と比較して、周辺部の画質のよいパノラマ画像が得られる。
また、複数の撮像手段で同時に広範囲を撮影できるため、撮影時間も短く、同一のパノラマ画像内での時間差がなく、動いている被写体であっても、変形したり不連続になったりすることがなく、問題なく撮影することが可能である。
【００１８】
さらに、ｎ個の撮像手段に対して、光路変更手段を（ｎ−１）個としているため、撮像手段と光路変更手段を同じ個数（ｎ個）備えた従来提案されている構成と比較して、光路変更手段の個数が１個少なくなることから、光路変更手段が占める容積を低減して、全体の容積を低減することが可能になる。
【００１９】
本発明において、仮想光学中心（仮想視点中心）を略一致させる方法は、特に限定しないが、例えば、先に本出願人が提案した、ＮＰ点（ノンパララックス点）を略一致させる方法を適用することができる。
【００２０】
このＮＰ点（ノンパララックス点）とは、撮像手段のレンズの開口絞りの中心を通る主光線中、ガウス領域に位置する主光線を選択し、選択された主光線の物空間における直線成分を延長して光軸と交わる点をＮＰ点（ノンパララックス点）と定義するものである。
そして、このＮＰ点を光学中心（視点中心）として用い、さらに複数の撮像手段（カメラ）でＮＰ点を略一致させるようにして撮像装置を構成することにより、複数の撮像手段（カメラ）で撮影した画像間で視差を生じないようにすることができる。
【００２１】
ここで、ＮＰ点について、図６を参照して説明する。
図６に示すように、物体で反射した光が等価凸レンズ３００を介して撮像素子３０１に像を結ぶ状態となっている。等価凸レンズ３００は、複数のレンズ３０２〜３０８によって構成され、開口絞り３０９がレンズ３０４とレンズ３０５の間に設けられている。
そして、開口絞り３０９の中心を通る主光線のうち、光軸に最も近い領域、つまり収差が最も小さいガウス領域を通る主光線３１１を選択する。
この主光線３１１のうちの物空間３１２における直線成分を延長して光軸３１０と交わる点をＮＰ点（ノンパララックス点）３１３とする。
【００２２】
パララックスをなくして、各撮像手段が撮影した画像を貼り合わせるためには、少なくとも各撮像手段のＮＰ点が半径約５０ｍｍの領域（球体）内に配置されるように構成し、より好ましくは各撮像手段のＮＰ点が半径約２０ｍｍの領域（球体）内に配置されるように構成すればよい。
【００２３】
なお、光学中心（視点中心）を、上述のＮＰ点の他に、例えば画角端の主光線の交点として定義することも可能である。
【００２４】
ところで、複数の撮像手段の仮想光学中心を完全に一致させた場合には、撮像手段によって撮影する画像に、ミラー、プリズム等の光路変更手段そのものの像が写り込むことがある。
そして、ミラーやプリズム等の光路変更手段の構成によっては、光路変更手段そのものの像の大きさが無視できない大きさになる。
【００２５】
そうした場合、これらの像を画像処理により修正するか、像の写りこんでいる部分を削除しなければ、双方の撮像手段で撮影した画像のつなぎ目に、本来写ってはならない光路変更手段の像が残ってしまう。
しかし、画像処理により修正すると、その部分だけ画質が劣化し、像の写りこんだ部分を削除してしまうと、画像のつなぎ目部分の情報が欠落してしまい、滑らかにつながらない可能性がある。
【００２６】
そこで、光路変更手段そのものの像の大きさが無視できない大きさになるような構成の場合には、仮想光学中心を一部ずらせばよい。
即ち、ミラー、プリズム等の光路変更手段が、どの撮像手段の画角内にも入らない死角の位置となるように、仮想光学中心を一部ずらす。
そのために、少なくとも、間接撮像手段の仮想光学中心を、その撮像手段に対応する光路変更手段を挟んで隣接する撮像手段の光学中心とは異なる点とする。
【００２７】
あまり大幅に光学中心をずらすと、画像がつなげにくくなるため、ミラーやレンズ等の製造ばらつきに対するマージン等を確保でき、かつ光路変更手段がどの撮像手段の画角内にも入らない範囲内で、ずらすようにする。
【００２８】
なお、撮像手段が３個以上ある場合、隣接していない撮像手段同士の仮想光学中心は、一致していても、異なる点であっても構わない。
【００２９】
このように仮想光学中心を一部ずらすことにより、画像処理をしなくても、光路変更手段の像の写りこみを防止することができる。
また、隣接する撮像手段が撮像する領域を一部重ねることが可能になり、この重なった領域の被写体が、両方の撮像手段の画像に写り、その被写体情報を画像間の位置合わせや色合わせに利用することが可能になる。これにより、隣接する撮像手段の画像をつなぎ合わせた後の画像のつなぎ目を目立たなくすることが可能になる。
【００３０】
上述したように、間接撮像手段の仮想光学中心を、対応する光路変更手段を挟んで隣接する撮像手段の光学中心からずらした場合において、隣接する撮像手段同士の撮影領域が常に適切な量だけ重なるためには、ミラー等の光路変更手段と、それにより反射させた像を結像させるレンズとの位置関係、撮像手段のレンズの光軸の向き、レンズの画角等の各要素を考慮して、精度よく各部品の設定や配置を精度よく行う必要がある。
【００３１】
しかしながら、レンズの画角は、ピントの合う被写体距離、絞りの大きさ、レンズ歪といった条件により、同様の構成のレンズ群であってもひとつに決まらない。またレンズの組み立て精度のばらつきにより、必ずしも設計通りになるとは限らない。
そのため、最も画角が狭いときでも隣接する撮像手段と撮影領域の重なりを確保しようと設計すると、設計条件よりも画角が広くなったときに、間接撮像手段に対して、光路変更手段で反射しない直接光が入射して、間接撮像手段から見て光路変更手段の外側にある被写体の像が結像することがある。
【００３２】
この場合においても、この像を画像処理により修正するか、像の写りこんでいる部分を削除しなければ、双方の撮像手段で撮影した画像のつなぎ目に、本来写ってはならない全く違う方向の像が残ってしまう。
しかし、画像処理により修正すると、その部分だけ画質が劣化し、像の写りこんだ部分を削除してしまうと、画像のつなぎ目部分の情報が欠落してしまい、滑らかにつながらない可能性がある。
【００３３】
そこで、間接撮像手段に対して、光路変更手段で反射しない直接光が入射するような場合には、光路変更手段にさらに遮光材を設けて、間接撮像手段に光路変更手段を経ないで直接入射する光を抑制する。
例えば、ミラー等の光路変更手段の先端部に、庇状に遮光材を設ける。
【００３４】
遮光材は、光路変更手段による反射光への影響を避けるために、光をほとんど反射しない構成であることが望ましい。
また、遮光材は、光を全く通さない構成であることが望ましいが、遮光材を透過した光による画像への影響が少ない場合には、光の大部分を吸収して透過量の少ない構成としても構わない。
【００３５】
このように遮光材を設けることにより、光路変更手段の外側から漏れた光によって画像のつなぎ目付近に意図しない方向の被写体が写り込むことを防止して、不要な画像を分離するための処理の負荷を低減すると同時に、貼り合せた後の画像の画質劣化を防止することができる。
また、画角の外の強い光の影響によるフレアを低減する効果がある。
【００３６】
続いて、本発明の具体的な実施の形態について説明する。
【００３７】
本発明の撮像装置の一実施の形態の概略構成図を図１に示す。
この撮像装置１０は、撮像手段として、２つのカメラ１１Ａ，１１Ｂを備えて構成されている。また、２つのカメラ１１Ａ，１１Ｂの間に、光路変更手段としてミラー１３が設けられている。
各カメラ１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ１つ又は複数のレンズと、撮像素子（例えばＣＣＤ固体撮像素子）等を備えて構成される。
【００３８】
図中左の第１のカメラ１１Ａは、ミラー１３を経由せず、画角θａで直接被写体を撮影する。即ち、前述した直接撮像手段を構成する。
一方、図中右の第２のカメラ１１Ｂは、ミラー１３を経て、画角θｂで被写体を撮影する。即ち、前述した間接撮像手段を構成する。
第１のカメラ１１Ａの撮影領域（画角θａ）と、第２のカメラ１１Ｂの撮影領域（画角θｂ）とは、重なりをもたずに接している。
【００３９】
そして、第１のカメラ１１Ａの光学中心１２Ａと、第２のカメラ１１Ｂの光学中心１２Ｂとは、ミラー１３の反射面に対して対称の位置にある。
これにより、第２のカメラ１１Ｂの光学中心１２Ｂの虚像（仮想光学中心）は、第１のカメラ１１Ａの光学中心１２Ａと一致する位置となる。
そのため、第２のカメラ１１Ｂは、あたかも第１のカメラ１１Ａと同一の位置から画角θｂで撮影しているのと等価となっている。
【００４０】
また、仮想光学中心が一致するため、第１のカメラ１１Ａと第２のカメラ１１Ｂとの間に視差を生じない。
このことから、これら２つのカメラ１１Ａ，１１Ｂでそれぞれ撮影した画像は、画像のつなぎ目の部分に距離の異なる被写体が複数存在していたとしても、それら全ての被写体が滑らかに、違和感がないように、画像をつなげることが可能である。
【００４１】
従って、このような光学系を用いて撮影することにより、θ＝θａ+θｂの広い画角の画像を写す能力がありながら、１個の画角θのカメラを使用した場合と比較して、周辺の歪、収差、減光特性、フレア等を大幅に改善することができる。
【００４２】
上述の本実施の形態の撮像装置１０の構成によれば、２つのカメラ１１Ａ，１１Ｂ及びミラー１３を備え、第１のカメラ１１Ａではミラー１３を経ないで直接被写体を撮影し、第２のカメラ１１Ｂではミラー１３を経て反射させて被写体を撮影するので、広い画角（θ＝θａ+θｂ）で撮影することができる。
また、１個の広角カメラを使用した場合と比較して、周辺の歪、収差、減光特性、フレア等を大幅に改善することができる。
【００４３】
さらに、第１のカメラ１１Ａの光学中心１２Ａと、第２のカメラ１１Ｂの光学中心１２Ｂとがミラー１３に対して対称であり、第２のカメラ１１Ｂの仮想光学中心（光学中心１２Ｂの虚像）が第１のカメラ１１Ａの光学中心１２Ａと一致するため、２つのカメラ１１Ａ，１１Ｂで視差を生じないようにすることができ、２つのカメラ１１Ａ，１１Ｂでそれぞれ撮影した画像を、違和感なくつなげることができる。
【００４４】
なお、光路変更手段としては、図１に示したミラー１３に限定されるものではなく、プリズム等の他の光路変更手段であっても構わない。
また、撮像手段としては、カメラ１１Ａ，１１Ｂに限定されるものではなく、各撮像手段のレンズの枚数等も任意である。
【００４５】
次に、本発明の撮像装置の他の実施の形態の概略構成図を図２に示す。
この撮像装置２０は、３つのカメラ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを備え、それぞれのカメラの間にミラー２３，２４が配置されている。なお、個々のカメラやミラーの構成は、先の実施の形態の撮像装置１０と同様にすることができる。
【００４６】
図中中央の第１のカメラ２１Ａは、画角θａで直接被写体を撮影するものであり、直接撮像手段を構成する。
図中右の第２のカメラ２１Ｂは、右のミラー２３を経て、画角θｂで被写体を撮影するものであり、間接撮像手段を構成する。
図中左の第３のカメラ２１Ｃは、左のミラー２４を経て、画角θｃで被写体を撮影するものであり、間接撮像手段を構成する。
第２のカメラ２１Ｂの撮影領域（画角θｂ）は、第１のカメラ２１Ａの撮影領域（画角θａ）と重なりをもたずに接している。第３のカメラ２１Ｃの撮影領域（画角θｃ）は、第１のカメラ２１Ａの撮影領域（画角θａ）と重なりをもたずに接している。
【００４７】
第１のカメラ２１Ａの光学中心２２Ａと、第２のカメラ２１Ｂの光学中心２２Ｂとは、ミラー２３の反射面に対して対称の位置にある。第１のカメラ２１Ａの光学中心２２Ａと、第３のカメラ２１Ｃの光学中心２２Ｃとは、ミラー２４の反射面に対して対称の位置にある。
これにより、第２のカメラ２１Ｂの光学中心２２Ｂ及び第３のカメラ２１Ｃの光学中心２２Ｃの虚像（仮想光学中心）は、いずれも第１のカメラ２１Ａの光学中心２２Ａと一致する位置となる。
【００４８】
このように仮想光学中心が一致するため、第１のカメラ２１Ａ・第２のカメラ２１Ｂ・第３のカメラ２１Ｃの間で視差を生じない。
これにより、それぞれのカメラ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃで撮影した画像を、違和感がないようにつなげることが可能である。
【００４９】
従って、このような光学系を用いて撮影することにより、θ＝θａ+θｂ＋θｃの広い画角の画像を写す能力がありながら、１個の画角θのカメラを使用した場合と比較して、周辺の歪、収差、減光特性、フレア等を大幅に改善することができる。
【００５０】
上述の本実施の形態の撮像装置２０の構成によれば、３つのカメラ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ及びミラー２３，２４を備え、第１のカメラ２１Ａでは直接被写体を撮影し、第２のカメラ２１Ｂではミラー２３を経て反射させて被写体を撮影し、第３のカメラ２１Ｃではミラー２４を経て反射させて被写体を撮影するので、広い画角（θ＝θａ+θｂ＋θｃ）で撮影することができる。
また、１個の広角カメラを使用した場合と比較して、周辺の歪、収差、減光特性、フレア等を大幅に改善することができる。
【００５１】
さらに、第２のカメラ２１Ｂの仮想光学中心（光学中心２２Ｂの虚像）及び第３のカメラ２１Ｃの仮想光学中心（光学中心２２Ｃの虚像）が第１のカメラ２１Ａの光学中心２２Ａと一致するため、３つのカメラ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃで視差を生じないようにすることができ、３つのカメラ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃでそれぞれ撮影した画像を、違和感なくつなげることができる。
【００５２】
なお、光路変更手段としては、図２に示したミラー２３，２４に限定されるものではなく、プリズム等の他の光路変更手段であっても構わない。
また、撮像手段としては、カメラ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに限定されるものではなく、各撮像手段のレンズの枚数等も任意である。
【００５３】
なお、３個のカメラと２つのレンズとを備えた構成としては、図２に示した以外の構成も可能である。その場合を次に示す。
【００５４】
本発明の撮像装置のさらに他の実施の形態の概略構成図を図３に示す。
この撮像装置３０は、３つのカメラ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを備え、それぞれのカメラの間にミラー３３，３４が配置されている。なお、個々のカメラやミラーの構成は、先の実施の形態の撮像装置１０，２０と同様にすることができる。
【００５５】
図中左の第１のカメラ３１Ａは、画角θａで直接被写体を撮影するものであり、直接撮像手段を構成する。
図中右下の第２のカメラ３１Ｂは、ミラー３３を経て、画角θｂで被写体を撮影するものであり、間接撮像手段を構成する。
図中右上の第３のカメラ３１Ｃは、ミラー３３及びミラー３４を経て、画角θｃで被写体を撮影するものであり、間接撮像手段を構成する。即ち、第３のカメラ３１Ｃには、２つのミラー３３，３４によって２回反射された光が入射する。
第２のカメラ３１Ｂの撮影領域（画角θｂ）は、第１のカメラ３１Ａの撮影領域（画角θａ）と重なりをもたずに接している。第３のカメラ３１Ｃの撮影領域（画角θｃ）は、第１のカメラ３１Ａの撮影領域（画角θａ）と重なりをもたずに接している。
【００５６】
第１のカメラ３１Ａの光学中心３２Ａと、第２のカメラ３１Ｂの光学中心３２Ｂとは、ミラー３３の反射面に対して対称の位置にある。第２のカメラ３１Ｂの光学中心３２Ｂと、第３のカメラ３１Ｃの光学中心３２Ｃとは、ミラー３４の反射面に対して対称の位置にある。
これにより、第２のカメラ３１Ｂの光学中心３２Ｂ及び第３のカメラ３１Ｃの光学中心３２Ｃの虚像（仮想光学中心）は、いずれも第１のカメラ３１Ａの光学中心３２Ａと一致する位置となる。
【００５７】
このように仮想光学中心が一致するため、第１のカメラ３１Ａ・第２のカメラ３１Ｂ・第３のカメラ３１Ｃの間で視差を生じない。
これにより、それぞれのカメラ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃで撮影した画像を、違和感がないようにつなげることが可能である。
【００５８】
上述の本実施の形態の撮像装置３０の構成によれば、図２に示した先の実施の形態の撮像装置２０と同様に、広い画角（θ＝θａ+θｂ＋θｃ）で撮影することができ、また、１個の広角カメラを使用した場合と比較して、周辺の歪、収差、減光特性、フレア等を大幅に改善することができる。
さらに、３つのカメラ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃで視差を生じないようにすることができ、３つのカメラ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃでそれぞれ撮影した画像を、違和感なくつなげることができる。
【００５９】
同様にして、撮像手段の個数ｎを増やして、４個以上にした場合でも、全ての撮像手段で視差が生じないように配置することが可能となる。
【００６０】
なお、従来提案されている構成と比較して、撮像装置を小型化することができる効果は、ｎが小さい方が大きく、特に前述した各実施の形態のように、ｎが２又は３であり撮像手段を平面的に配置した場合に大きい効果を有する。
【００６１】
続いて、仮想光学中心を一部ずらした場合を次に示す。
本発明の撮像装置の別の実施の形態の概略構成図を図４に示す。
この撮像装置４０は、カメラの個数及びミラーの個数は、図２に示した撮像装置２０と同様になっている。
即ち、３つのカメラ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを備え、それぞれのカメラの間にミラー４３，４４が配置され、図中中央の第１のカメラ４１Ａは、画角θａで直接被写体を撮影する直接撮像手段を構成し、図中右の第２のカメラ４１Ｂは、右のミラー４３を経て、画角θｂで被写体を撮影する間接撮像手段を構成し、図中左の第３のカメラ４１Ｃは、左のミラー４４を経て、画角θｃで被写体を撮影する間接撮像手段を構成する。
【００６２】
第１のカメラ４１Ａの光学中心４２Ａと、第２のカメラ４１Ｂの光学中心４２Ｂとは、ミラー４３の反射面に対して対称の位置ではなく、第２のカメラ４１Ｂの光学中心４２Ｂの虚像（仮想光学中心）４２Ｂ１は、第１のカメラ４１Ａの光学中心４２Ａの右下側にある。また、第１のカメラ４１Ａの光学中心４２Ａと、第３のカメラ４１Ｃの光学中心４２Ｃとは、ミラー４４の反射面に対して対称の位置ではなく、第３のカメラ４１Ｃの光学中心４２Ｃの虚像（仮想光学中心）４２Ｃ１は、第１のカメラ４１Ａの光学中心４２Ａの左下側にある。
即ち、各カメラ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃの仮想光学中心４２Ａ，４２Ｂ１，４２Ｃ１は、中心４２から半径（距離）Ｌの円周上のそれぞれ異なる点となっている。
このように構成したことにより、ミラー４３，４４は完全に中央の第１のカメラ４１Ａの撮影範囲（画角θａ）の外にあり、第１のカメラ４１Ａにミラー４３，４４の像が写りこむことはない。
【００６３】
また、このように配置することにより、カメラ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃからある距離以上離れれば、それぞれのカメラ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃの撮影領域同士が重なる部分を形成することが可能になる。
例えば図４の場合、第１のカメラ４１Ａ及び第２のカメラ４１Ｂでは、画角θａｂだけ重なっており、第１のカメラ４１Ａ及び第３のカメラ４１Ｃでは、画角θｂｃだけ重なっている。
そのため、それぞれのカメラ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃで撮影した画像同士をつなぐ際に、重なっている部分の画像情報を利用して、つなぎ合わせのための目標点を抽出したり、隣接する画像間の輝度差や色差を補正したりすることにより、つなぎ目の目立たない画像を得ることが可能となる。
【００６４】
続いて、光路変更手段に遮光材を設けた場合を次に示す。
本発明の撮像装置のさらに別の実施の形態の概略構成図を図５に示す。
この撮像装置５０は、２つのカメラ５１Ａ，５１Ｂを備え、その間にミラー５３が配置されている。
図中左の第１のカメラ５１Ａは、画角θａで直接被写体を撮影する直接撮像手段を構成し、図中右の第２のカメラ５１Ｂは、ミラー５３を経て、画角θｂで被写体を撮影する間接撮像手段を構成する。
【００６５】
第１のカメラ５１Ａの光学中心５２Ａと、第２のカメラ５１Ｂの光学中心５２Ｂとは、ミラー５３の反射面に対して対称の位置ではなく、第２のカメラ５１Ｂの光学中心５２Ｂの虚像（仮想光学中心）５２Ｂ１は、第１のカメラ５１Ａの光学中心５２Ａの右下側にある。
即ち、各カメラ５１Ａ，５１Ｂの仮想光学中心５２Ａ，５２Ｂ１は、中心５２から半径（距離）Ｌの円周上のそれぞれ異なる点となっている。
このように構成したことにより、ミラー５３は完全に中央の第１のカメラ５１Ａの撮影範囲（画角θａ）の外にあり、第１のカメラ５１Ａにミラー５３の像が写りこむことはない。
【００６６】
また、このように配置することにより、カメラ５１Ａ，５１Ｂからある距離以上離れれば、それぞれのカメラ５１Ａ，５１Ｂの撮影領域同士が重なる部分を形成することが可能になる。
そのため、それぞれのカメラ５１Ａ，５１Ｂで撮影した画像同士をつなぐ際に、重なっている部分の画像情報を利用して、つなぎ合わせのための目標点を抽出したり、隣接する画像間の輝度差や色差を補正したりすることにより、つなぎ目の目立たない画像を得ることが可能となる。
【００６７】
しかし、図４に示した撮像装置４０では、第２のカメラ４１Ｂの撮影範囲が全てミラー４３にかかっていたのに対して、本実施の形態の撮像装置５０では、第２のカメラ５１Ｂの撮影範囲のうち一部即ち図中右側の画角φの部分がミラー５３にかかっていない。
本実施の形態の場合、第２のカメラ５１Ｂの画角は（θｂ＋φ）であるが、このうちミラー５３によって反射した画角はθｂであり、この画角θｂの範囲内にある被写体の像は隣接する第１のカメラ５１Ａに結像する像とつなぎ合わせることが可能である。
しかし、ミラー５３の上側にはみ出た部分の画角φの中にある被写体の像はつなぎ合わせには全く不要な方向にある被写体の像である。この画角φの中に明るい被写体や強い光があると、第２のカメラ５１Ｂが撮影した画像の境界部分に、無関係な方向にある被写体の像が写りこんでしまう上、本来必要なミラー５３で反射した画角θｂの中の像と混ざり合ってしまい分離することが困難になる。
そのため、隣接する第１のカメラ５１Ａの画像と画像処理によりつなぎ合わせた後に生成される画像にも残ってしまう。
【００６８】
そこで、本実施の形態では、この現象を回避するために、ミラー５３の先端部に、不要な光線を遮断するための遮光材として庇５４を設けている。
庇５４が反射の限りなく少ない黒体であれば、その像は輝度ゼロであるため、画角θｂの部分の像と画角φの部分の像との境界部分は、ミラー５３により反射した像が徐々に暗くなり、最終的に輝度ゼロになるといった振る舞いの画像として出力される。
そのため、つなぎ合わせの画像処理をする際にその部分を容易に分離することが可能となる。
また、庇５４は、第１のカメラ５１Ａの撮影範囲（画角θａ）の外に配置されている。そして、第１のカメラ５１Ａに庇５４の像が写り込んだり、第１のカメラ５１Ａの有効な画角θａを目減りさせたりしないように、庇５４の位置や形状を設定する。
【００６９】
なお、図５ではカメラが２個の場合であったが、カメラが３個以上の場合も同様にミラーに庇を設けて撮像装置を構成することができる。
図５の撮像装置５０の構成は、図４の撮像装置４０の構成の右半分を変形したものとも捉えることができるので、左半分にも同様に庇を設けたミラーとカメラとを配置することにより、図４の構成を変形した撮像装置を構成することができる。
【００７０】
図１〜図５に示した各実施の形態は、カメラが２個又は３個であったが、本発明は、カメラの個数が４個以上の場合にも適用することが可能である。
【００７１】
また、本発明は、図１〜図５の各実施の形態のように、複数の撮像手段を平面的に配置した場合に限らず、直接撮像手段の周囲に立体的に間接撮像手段を配置した場合（例えば、前後と左右等）にも適用することが可能である。
【００７２】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の撮像装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】本発明の撮像装置の他の実施の形態の概略構成図である。
【図３】本発明の撮像装置のさらに他の実施の形態の概略構成図である。
【図４】本発明の撮像装置の別の実施の形態の概略構成図である。
【図５】本発明の撮像装置のさらに別の実施の形態の概略構成図である。
【図６】ＮＰ点の定義を説明する図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０，２０，３０，４０，５０ 撮像装置、１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，５１Ａ，５１Ｂ カメラ、１２Ａ，１２Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，５２Ａ，５２Ｂ 光学中心、１３，２３，２４，３３，３４，４３，４４，５３ ミラー、５４ 庇、３１３ ＮＰ点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全周等の広い範囲を撮像することができる撮像装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
広い範囲を撮影する場合に、１個のカメラのみで撮影しようとすると、広い画角が必要となるが、カメラのレンズの特性により、画角を広く取ろうとするほど、画面周辺部において歪や収差、減光が大きくなってしまう。また、画角の外にある光の影響によるフレアも出やすくなる。
【０００３】
その他にも、１個のカメラを、軸の周囲に回転させて撮影する方法が考えられる。
この場合には、回転にある程度の時間を要するため、撮影開始点と終点との時間差により、動いている被写体が変形したり、不連続になったりして、正しく写らない。
【０００４】
これに対して、多数のビデオカメラを使用して、広い範囲を同時に撮影するカメラの構成が種々提案されている。
【０００５】
例えば、複数のカメラを使用して、各カメラの光軸の延長部が略一致する交点で交わるように配置した構成（特許文献１参照）が提案されている。
【０００６】
しかしながら、このようなカメラの構成では、各ビデオカメラの光学中心（視点中心等とも呼ばれる）が一致していないと、パララックス（視差）が生じて、高品質に複数の画像をつなぎ合わせることができない、という問題を生じる。
具体的には、例えば、隣接する２つのカメラのそれぞれで撮影した画像同士のつなぎ目部分に、距離の違う複数の被写体が存在していると、その全ての被写体が正しく写るように画像をつなげることができない。
【０００７】
そこで、パララックスの問題を解決するために、例えば、ミラーを用いることにより、複数のカメラの視点中心を仮想的に略一致させた構成（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−６７０２０号公報
【特許文献２】特開平１０−１４５６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、例えば、上記特許文献２に記載された構成では、２組のカメラと２組のミラーとを用いていることにより、カメラ及びミラーが占める容積が大きくなり、撮像装置の筐体が大型化することになる。
【００１０】
上述した問題の解決のために、本発明においては、パララックスの発生を抑制して、広い範囲の画像を得ると共に、全体の容積を低減することができる撮像装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の撮像装置は、複数の撮像手段から成り、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の撮像手段に対して（ｎ−１）個の光路変更手段を備え、ｎ個の撮像手段のうち１個の撮像手段は、光路変更手段を経ないで直接被写体を撮像し、他の（ｎ−１）個の撮像手段は、光路変更手段を経る光路で被写体を撮像し、複数の撮像手段の各撮像手段の仮想光学中心が略一致するものである。
【００１２】
上述の本発明の撮像装置の構成によれば、複数の撮像手段から成ることにより、各撮像手段で撮影した画像をつなぎ合わせて、広い範囲の画像を得ることができる。
そして、複数の撮像手段の各撮像手段の仮想光学中心が略一致することにより、パララックス（視差）の発生を抑制することができる。
また、ｎ個の撮像手段に対して、光路変更手段を（ｎ−１）個としているため、上記特許文献２に記載されているような、撮像手段と光路変更手段を同じ個数（ｎ個）備えた撮像装置と比較して、光路変更手段の個数が１個少なくなることから、光路変更手段が占める容積を低減して、全体の容積を低減することが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
上述の本発明の撮像装置によれば、複数の撮像手段において、パララックス（視差）の発生を抑制することができるため、画像間のつなぎ目部分にさまざまな距離の被写体が写っている場合であっても、滑らかに画像をつなぐことができる。
また、本発明によれば、撮像装置全体の容積を低減することができるため、撮像装置の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要について説明する。
【００１５】
本発明では、複数の撮像手段（カメラ等）から成る撮像装置において、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の撮像手段に対して（ｎ−１）個の光路変更手段を備え、ｎ個の撮像手段のうち１個の撮像手段は、光路変更手段を経ないで直接被写体を撮像し（以下、このような撮像手段を直接撮像手段とする）、他の（ｎ−１）個の撮像手段は、光路変更手段を経る光路で被写体を撮像し（以下、このような撮像手段を間接撮像手段とする）、複数の撮像手段の各撮像手段の仮想光学中心が略一致する構成とするものである。
【００１６】
光路変更手段としては、ミラー（反射材）やプリズム、その他の導光手段（導光路等）が考えられる。
【００１７】
本発明では、上述した構成とすることにより、複数の撮像手段の各撮像手段で撮影した画像をつなぎ合わせて、広い範囲の画像を得ることができ、かつ各撮像手段の仮想光学中心が略一致するため、パララックス（視差）の発生を抑制することができる。
そして、複数の撮像手段の各撮像手段で撮影した画像をつなぎ合わせるため、各撮像手段のレンズとして、周辺部の歪、収差、減光といった画質劣化の比較的少ないレンズを使用しても、広い範囲の画像を得ることができる。これにより、広角レンズを有する１個の撮像手段で撮影した画像と比較して、周辺部の画質のよいパノラマ画像が得られる。
また、複数の撮像手段で同時に広範囲を撮影できるため、撮影時間も短く、同一のパノラマ画像内での時間差がなく、動いている被写体であっても、変形したり不連続になったりすることがなく、問題なく撮影することが可能である。
【００１８】
さらに、ｎ個の撮像手段に対して、光路変更手段を（ｎ−１）個としているため、撮像手段と光路変更手段を同じ個数（ｎ個）備えた従来提案されている構成と比較して、光路変更手段の個数が１個少なくなることから、光路変更手段が占める容積を低減して、全体の容積を低減することが可能になる。
【００１９】
本発明において、仮想光学中心（仮想視点中心）を略一致させる方法は、特に限定しないが、例えば、先に本出願人が提案した、ＮＰ点（ノンパララックス点）を略一致させる方法を適用することができる。
【００２０】
このＮＰ点（ノンパララックス点）とは、撮像手段のレンズの開口絞りの中心を通る主光線中、ガウス領域に位置する主光線を選択し、選択された主光線の物空間における直線成分を延長して光軸と交わる点をＮＰ点（ノンパララックス点）と定義するものである。
そして、このＮＰ点を光学中心（視点中心）として用い、さらに複数の撮像手段（カメラ）でＮＰ点を略一致させるようにして撮像装置を構成することにより、複数の撮像手段（カメラ）で撮影した画像間で視差を生じないようにすることができる。
【００２１】
ここで、ＮＰ点について、図６を参照して説明する。
図６に示すように、物体で反射した光が等価凸レンズ３００を介して撮像素子３０１に像を結ぶ状態となっている。等価凸レンズ３００は、複数のレンズ３０２〜３０８によって構成され、開口絞り３０９がレンズ３０４とレンズ３０５の間に設けられている。
そして、開口絞り３０９の中心を通る主光線のうち、光軸に最も近い領域、つまり収差が最も小さいガウス領域を通る主光線３１１を選択する。
この主光線３１１のうちの物空間３１２における直線成分を延長して光軸３１０と交わる点をＮＰ点（ノンパララックス点）３１３とする。
【００２２】
パララックスをなくして、各撮像手段が撮影した画像を貼り合わせるためには、少なくとも各撮像手段のＮＰ点が半径約５０ｍｍの領域（球体）内に配置されるように構成し、より好ましくは各撮像手段のＮＰ点が半径約２０ｍｍの領域（球体）内に配置されるように構成すればよい。
【００２３】
なお、光学中心（視点中心）を、上述のＮＰ点の他に、例えば画角端の主光線の交点として定義することも可能である。
【００２４】
ところで、複数の撮像手段の仮想光学中心を完全に一致させた場合には、撮像手段によって撮影する画像に、ミラー、プリズム等の光路変更手段そのものの像が写り込むことがある。
そして、ミラーやプリズム等の光路変更手段の構成によっては、光路変更手段そのものの像の大きさが無視できない大きさになる。
【００２５】
そうした場合、これらの像を画像処理により修正するか、像の写りこんでいる部分を削除しなければ、双方の撮像手段で撮影した画像のつなぎ目に、本来写ってはならない光路変更手段の像が残ってしまう。
しかし、画像処理により修正すると、その部分だけ画質が劣化し、像の写りこんだ部分を削除してしまうと、画像のつなぎ目部分の情報が欠落してしまい、滑らかにつながらない可能性がある。
【００２６】
そこで、光路変更手段そのものの像の大きさが無視できない大きさになるような構成の場合には、仮想光学中心を一部ずらせばよい。
即ち、ミラー、プリズム等の光路変更手段が、どの撮像手段の画角内にも入らない死角の位置となるように、仮想光学中心を一部ずらす。
そのために、少なくとも、間接撮像手段の仮想光学中心を、その撮像手段に対応する光路変更手段を挟んで隣接する撮像手段の光学中心とは異なる点とする。
【００２７】
あまり大幅に光学中心をずらすと、画像がつなげにくくなるため、ミラーやレンズ等の製造ばらつきに対するマージン等を確保でき、かつ光路変更手段がどの撮像手段の画角内にも入らない範囲内で、ずらすようにする。
【００２８】
なお、撮像手段が３個以上ある場合、隣接していない撮像手段同士の仮想光学中心は、一致していても、異なる点であっても構わない。
【００２９】
このように仮想光学中心を一部ずらすことにより、画像処理をしなくても、光路変更手段の像の写りこみを防止することができる。
また、隣接する撮像手段が撮像する領域を一部重ねることが可能になり、この重なった領域の被写体が、両方の撮像手段の画像に写り、その被写体情報を画像間の位置合わせや色合わせに利用することが可能になる。これにより、隣接する撮像手段の画像をつなぎ合わせた後の画像のつなぎ目を目立たなくすることが可能になる。
【００３０】
上述したように、間接撮像手段の仮想光学中心を、対応する光路変更手段を挟んで隣接する撮像手段の光学中心からずらした場合において、隣接する撮像手段同士の撮影領域が常に適切な量だけ重なるためには、ミラー等の光路変更手段と、それにより反射させた像を結像させるレンズとの位置関係、撮像手段のレンズの光軸の向き、レンズの画角等の各要素を考慮して、精度よく各部品の設定や配置を精度よく行う必要がある。
【００３１】
しかしながら、レンズの画角は、ピントの合う被写体距離、絞りの大きさ、レンズ歪といった条件により、同様の構成のレンズ群であってもひとつに決まらない。またレンズの組み立て精度のばらつきにより、必ずしも設計通りになるとは限らない。
そのため、最も画角が狭いときでも隣接する撮像手段と撮影領域の重なりを確保しようと設計すると、設計条件よりも画角が広くなったときに、間接撮像手段に対して、光路変更手段で反射しない直接光が入射して、間接撮像手段から見て光路変更手段の外側にある被写体の像が結像することがある。
【００３２】
この場合においても、この像を画像処理により修正するか、像の写りこんでいる部分を削除しなければ、双方の撮像手段で撮影した画像のつなぎ目に、本来写ってはならない全く違う方向の像が残ってしまう。
しかし、画像処理により修正すると、その部分だけ画質が劣化し、像の写りこんだ部分を削除してしまうと、画像のつなぎ目部分の情報が欠落してしまい、滑らかにつながらない可能性がある。
【００３３】
そこで、間接撮像手段に対して、光路変更手段で反射しない直接光が入射するような場合には、光路変更手段にさらに遮光材を設けて、間接撮像手段に光路変更手段を経ないで直接入射する光を抑制する。
例えば、ミラー等の光路変更手段の先端部に、庇状に遮光材を設ける。
【００３４】
遮光材は、光路変更手段による反射光への影響を避けるために、光をほとんど反射しない構成であることが望ましい。
また、遮光材は、光を全く通さない構成であることが望ましいが、遮光材を透過した光による画像への影響が少ない場合には、光の大部分を吸収して透過量の少ない構成としても構わない。
【００３５】
このように遮光材を設けることにより、光路変更手段の外側から漏れた光によって画像のつなぎ目付近に意図しない方向の被写体が写り込むことを防止して、不要な画像を分離するための処理の負荷を低減すると同時に、貼り合せた後の画像の画質劣化を防止することができる。
また、画角の外の強い光の影響によるフレアを低減する効果がある。
【００３６】
続いて、本発明の具体的な実施の形態について説明する。
【００３７】
本発明の撮像装置の一実施の形態の概略構成図を図１に示す。
この撮像装置１０は、撮像手段として、２つのカメラ１１Ａ，１１Ｂを備えて構成されている。また、２つのカメラ１１Ａ，１１Ｂの間に、光路変更手段としてミラー１３が設けられている。
各カメラ１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ１つ又は複数のレンズと、撮像素子（例えばＣＣＤ固体撮像素子）等を備えて構成される。
【００３８】
図中左の第１のカメラ１１Ａは、ミラー１３を経由せず、画角θａで直接被写体を撮影する。即ち、前述した直接撮像手段を構成する。
一方、図中右の第２のカメラ１１Ｂは、ミラー１３を経て、画角θｂで被写体を撮影する。即ち、前述した間接撮像手段を構成する。
第１のカメラ１１Ａの撮影領域（画角θａ）と、第２のカメラ１１Ｂの撮影領域（画角θｂ）とは、重なりをもたずに接している。
【００３９】
そして、第１のカメラ１１Ａの光学中心１２Ａと、第２のカメラ１１Ｂの光学中心１２Ｂとは、ミラー１３の反射面に対して対称の位置にある。
これにより、第２のカメラ１１Ｂの光学中心１２Ｂの虚像（仮想光学中心）は、第１のカメラ１１Ａの光学中心１２Ａと一致する位置となる。
そのため、第２のカメラ１１Ｂは、あたかも第１のカメラ１１Ａと同一の位置から画角θｂで撮影しているのと等価となっている。
【００４０】
また、仮想光学中心が一致するため、第１のカメラ１１Ａと第２のカメラ１１Ｂとの間に視差を生じない。
このことから、これら２つのカメラ１１Ａ，１１Ｂでそれぞれ撮影した画像は、画像のつなぎ目の部分に距離の異なる被写体が複数存在していたとしても、それら全ての被写体が滑らかに、違和感がないように、画像をつなげることが可能である。
【００４１】
従って、このような光学系を用いて撮影することにより、θ＝θａ+θｂの広い画角の画像を写す能力がありながら、１個の画角θのカメラを使用した場合と比較して、周辺の歪、収差、減光特性、フレア等を大幅に改善することができる。
【００４２】
上述の本実施の形態の撮像装置１０の構成によれば、２つのカメラ１１Ａ，１１Ｂ及びミラー１３を備え、第１のカメラ１１Ａではミラー１３を経ないで直接被写体を撮影し、第２のカメラ１１Ｂではミラー１３を経て反射させて被写体を撮影するので、広い画角（θ＝θａ+θｂ）で撮影することができる。
また、１個の広角カメラを使用した場合と比較して、周辺の歪、収差、減光特性、フレア等を大幅に改善することができる。
【００４３】
さらに、第１のカメラ１１Ａの光学中心１２Ａと、第２のカメラ１１Ｂの光学中心１２Ｂとがミラー１３に対して対称であり、第２のカメラ１１Ｂの仮想光学中心（光学中心１２Ｂの虚像）が第１のカメラ１１Ａの光学中心１２Ａと一致するため、２つのカメラ１１Ａ，１１Ｂで視差を生じないようにすることができ、２つのカメラ１１Ａ，１１Ｂでそれぞれ撮影した画像を、違和感なくつなげることができる。
【００４４】
なお、光路変更手段としては、図１に示したミラー１３に限定されるものではなく、プリズム等の他の光路変更手段であっても構わない。
また、撮像手段としては、カメラ１１Ａ，１１Ｂに限定されるものではなく、各撮像手段のレンズの枚数等も任意である。
【００４５】
次に、本発明の撮像装置の他の実施の形態の概略構成図を図２に示す。
この撮像装置２０は、３つのカメラ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを備え、それぞれのカメラの間にミラー２３，２４が配置されている。なお、個々のカメラやミラーの構成は、先の実施の形態の撮像装置１０と同様にすることができる。
【００４６】
図中中央の第１のカメラ２１Ａは、画角θａで直接被写体を撮影するものであり、直接撮像手段を構成する。
図中右の第２のカメラ２１Ｂは、右のミラー２３を経て、画角θｂで被写体を撮影するものであり、間接撮像手段を構成する。
図中左の第３のカメラ２１Ｃは、左のミラー２４を経て、画角θｃで被写体を撮影するものであり、間接撮像手段を構成する。
第２のカメラ２１Ｂの撮影領域（画角θｂ）は、第１のカメラ２１Ａの撮影領域（画角θａ）と重なりをもたずに接している。第３のカメラ２１Ｃの撮影領域（画角θｃ）は、第１のカメラ２１Ａの撮影領域（画角θａ）と重なりをもたずに接している。
【００４７】
第１のカメラ２１Ａの光学中心２２Ａと、第２のカメラ２１Ｂの光学中心２２Ｂとは、ミラー２３の反射面に対して対称の位置にある。第１のカメラ２１Ａの光学中心２２Ａと、第３のカメラ２１Ｃの光学中心２２Ｃとは、ミラー２４の反射面に対して対称の位置にある。
これにより、第２のカメラ２１Ｂの光学中心２２Ｂ及び第３のカメラ２１Ｃの光学中心２２Ｃの虚像（仮想光学中心）は、いずれも第１のカメラ２１Ａの光学中心２２Ａと一致する位置となる。
【００４８】
このように仮想光学中心が一致するため、第１のカメラ２１Ａ・第２のカメラ２１Ｂ・第３のカメラ２１Ｃの間で視差を生じない。
これにより、それぞれのカメラ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃで撮影した画像を、違和感がないようにつなげることが可能である。
【００４９】
従って、このような光学系を用いて撮影することにより、θ＝θａ+θｂ＋θｃの広い画角の画像を写す能力がありながら、１個の画角θのカメラを使用した場合と比較して、周辺の歪、収差、減光特性、フレア等を大幅に改善することができる。
【００５０】
上述の本実施の形態の撮像装置２０の構成によれば、３つのカメラ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ及びミラー２３，２４を備え、第１のカメラ２１Ａでは直接被写体を撮影し、第２のカメラ２１Ｂではミラー２３を経て反射させて被写体を撮影し、第３のカメラ２１Ｃではミラー２４を経て反射させて被写体を撮影するので、広い画角（θ＝θａ+θｂ＋θｃ）で撮影することができる。
また、１個の広角カメラを使用した場合と比較して、周辺の歪、収差、減光特性、フレア等を大幅に改善することができる。
【００５１】
さらに、第２のカメラ２１Ｂの仮想光学中心（光学中心２２Ｂの虚像）及び第３のカメラ２１Ｃの仮想光学中心（光学中心２２Ｃの虚像）が第１のカメラ２１Ａの光学中心２２Ａと一致するため、３つのカメラ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃで視差を生じないようにすることができ、３つのカメラ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃでそれぞれ撮影した画像を、違和感なくつなげることができる。
【００５２】
なお、光路変更手段としては、図２に示したミラー２３，２４に限定されるものではなく、プリズム等の他の光路変更手段であっても構わない。
また、撮像手段としては、カメラ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに限定されるものではなく、各撮像手段のレンズの枚数等も任意である。
【００５３】
なお、３個のカメラと２つのレンズとを備えた構成としては、図２に示した以外の構成も可能である。その場合を次に示す。
【００５４】
本発明の撮像装置のさらに他の実施の形態の概略構成図を図３に示す。
この撮像装置３０は、３つのカメラ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを備え、それぞれのカメラの間にミラー３３，３４が配置されている。なお、個々のカメラやミラーの構成は、先の実施の形態の撮像装置１０，２０と同様にすることができる。
【００５５】
図中左の第１のカメラ３１Ａは、画角θａで直接被写体を撮影するものであり、直接撮像手段を構成する。
図中右下の第２のカメラ３１Ｂは、ミラー３３を経て、画角θｂで被写体を撮影するものであり、間接撮像手段を構成する。
図中右上の第３のカメラ３１Ｃは、ミラー３３及びミラー３４を経て、画角θｃで被写体を撮影するものであり、間接撮像手段を構成する。即ち、第３のカメラ３１Ｃには、２つのミラー３３，３４によって２回反射された光が入射する。
第２のカメラ３１Ｂの撮影領域（画角θｂ）は、第１のカメラ３１Ａの撮影領域（画角θａ）と重なりをもたずに接している。第３のカメラ３１Ｃの撮影領域（画角θｃ）は、第１のカメラ３１Ａの撮影領域（画角θａ）と重なりをもたずに接している。
【００５６】
第１のカメラ３１Ａの光学中心３２Ａと、第２のカメラ３１Ｂの光学中心３２Ｂとは、ミラー３３の反射面に対して対称の位置にある。第２のカメラ３１Ｂの光学中心３２Ｂと、第３のカメラ３１Ｃの光学中心３２Ｃとは、ミラー３４の反射面に対して対称の位置にある。
これにより、第２のカメラ３１Ｂの光学中心３２Ｂ及び第３のカメラ３１Ｃの光学中心３２Ｃの虚像（仮想光学中心）は、いずれも第１のカメラ３１Ａの光学中心３２Ａと一致する位置となる。
【００５７】
このように仮想光学中心が一致するため、第１のカメラ３１Ａ・第２のカメラ３１Ｂ・第３のカメラ３１Ｃの間で視差を生じない。
これにより、それぞれのカメラ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃで撮影した画像を、違和感がないようにつなげることが可能である。
【００５８】
上述の本実施の形態の撮像装置３０の構成によれば、図２に示した先の実施の形態の撮像装置２０と同様に、広い画角（θ＝θａ+θｂ＋θｃ）で撮影することができ、また、１個の広角カメラを使用した場合と比較して、周辺の歪、収差、減光特性、フレア等を大幅に改善することができる。
さらに、３つのカメラ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃで視差を生じないようにすることができ、３つのカメラ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃでそれぞれ撮影した画像を、違和感なくつなげることができる。
【００５９】
同様にして、撮像手段の個数ｎを増やして、４個以上にした場合でも、全ての撮像手段で視差が生じないように配置することが可能となる。
【００６０】
なお、従来提案されている構成と比較して、撮像装置を小型化することができる効果は、ｎが小さい方が大きく、特に前述した各実施の形態のように、ｎが２又は３であり撮像手段を平面的に配置した場合に大きい効果を有する。
【００６１】
続いて、仮想光学中心を一部ずらした場合を次に示す。
本発明の撮像装置の別の実施の形態の概略構成図を図４に示す。
この撮像装置４０は、カメラの個数及びミラーの個数は、図２に示した撮像装置２０と同様になっている。
即ち、３つのカメラ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを備え、それぞれのカメラの間にミラー４３，４４が配置され、図中中央の第１のカメラ４１Ａは、画角θａで直接被写体を撮影する直接撮像手段を構成し、図中右の第２のカメラ４１Ｂは、右のミラー４３を経て、画角θｂで被写体を撮影する間接撮像手段を構成し、図中左の第３のカメラ４１Ｃは、左のミラー４４を経て、画角θｃで被写体を撮影する間接撮像手段を構成する。
【００６２】
第１のカメラ４１Ａの光学中心４２Ａと、第２のカメラ４１Ｂの光学中心４２Ｂとは、ミラー４３の反射面に対して対称の位置ではなく、第２のカメラ４１Ｂの光学中心４２Ｂの虚像（仮想光学中心）４２Ｂ１は、第１のカメラ４１Ａの光学中心４２Ａの右下側にある。また、第１のカメラ４１Ａの光学中心４２Ａと、第３のカメラ４１Ｃの光学中心４２Ｃとは、ミラー４４の反射面に対して対称の位置ではなく、第３のカメラ４１Ｃの光学中心４２Ｃの虚像（仮想光学中心）４２Ｃ１は、第１のカメラ４１Ａの光学中心４２Ａの左下側にある。
即ち、各カメラ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃの仮想光学中心４２Ａ，４２Ｂ１，４２Ｃ１は、中心４２から半径（距離）Ｌの円周上のそれぞれ異なる点となっている。
このように構成したことにより、ミラー４３，４４は完全に中央の第１のカメラ４１Ａの撮影範囲（画角θａ）の外にあり、第１のカメラ４１Ａにミラー４３，４４の像が写りこむことはない。
【００６３】
また、このように配置することにより、カメラ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃからある距離以上離れれば、それぞれのカメラ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃの撮影領域同士が重なる部分を形成することが可能になる。
例えば図４の場合、第１のカメラ４１Ａ及び第２のカメラ４１Ｂでは、画角θａｂだけ重なっており、第１のカメラ４１Ａ及び第３のカメラ４１Ｃでは、画角θｂｃだけ重なっている。
そのため、それぞれのカメラ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃで撮影した画像同士をつなぐ際に、重なっている部分の画像情報を利用して、つなぎ合わせのための目標点を抽出したり、隣接する画像間の輝度差や色差を補正したりすることにより、つなぎ目の目立たない画像を得ることが可能となる。
【００６４】
続いて、光路変更手段に遮光材を設けた場合を次に示す。
本発明の撮像装置のさらに別の実施の形態の概略構成図を図５に示す。
この撮像装置５０は、２つのカメラ５１Ａ，５１Ｂを備え、その間にミラー５３が配置されている。
図中左の第１のカメラ５１Ａは、画角θａで直接被写体を撮影する直接撮像手段を構成し、図中右の第２のカメラ５１Ｂは、ミラー５３を経て、画角θｂで被写体を撮影する間接撮像手段を構成する。
【００６５】
第１のカメラ５１Ａの光学中心５２Ａと、第２のカメラ５１Ｂの光学中心５２Ｂとは、ミラー５３の反射面に対して対称の位置ではなく、第２のカメラ５１Ｂの光学中心５２Ｂの虚像（仮想光学中心）５２Ｂ１は、第１のカメラ５１Ａの光学中心５２Ａの右下側にある。
即ち、各カメラ５１Ａ，５１Ｂの仮想光学中心５２Ａ，５２Ｂ１は、中心５２から半径（距離）Ｌの円周上のそれぞれ異なる点となっている。
このように構成したことにより、ミラー５３は完全に中央の第１のカメラ５１Ａの撮影範囲（画角θａ）の外にあり、第１のカメラ５１Ａにミラー５３の像が写りこむことはない。
【００６６】
また、このように配置することにより、カメラ５１Ａ，５１Ｂからある距離以上離れれば、それぞれのカメラ５１Ａ，５１Ｂの撮影領域同士が重なる部分を形成することが可能になる。
そのため、それぞれのカメラ５１Ａ，５１Ｂで撮影した画像同士をつなぐ際に、重なっている部分の画像情報を利用して、つなぎ合わせのための目標点を抽出したり、隣接する画像間の輝度差や色差を補正したりすることにより、つなぎ目の目立たない画像を得ることが可能となる。
【００６７】
しかし、図４に示した撮像装置４０では、第２のカメラ４１Ｂの撮影範囲が全てミラー４３にかかっていたのに対して、本実施の形態の撮像装置５０では、第２のカメラ５１Ｂの撮影範囲のうち一部即ち図中右側の画角φの部分がミラー５３にかかっていない。
本実施の形態の場合、第２のカメラ５１Ｂの画角は（θｂ＋φ）であるが、このうちミラー５３によって反射した画角はθｂであり、この画角θｂの範囲内にある被写体の像は隣接する第１のカメラ５１Ａに結像する像とつなぎ合わせることが可能である。
しかし、ミラー５３の上側にはみ出た部分の画角φの中にある被写体の像はつなぎ合わせには全く不要な方向にある被写体の像である。この画角φの中に明るい被写体や強い光があると、第２のカメラ５１Ｂが撮影した画像の境界部分に、無関係な方向にある被写体の像が写りこんでしまう上、本来必要なミラー５３で反射した画角θｂの中の像と混ざり合ってしまい分離することが困難になる。
そのため、隣接する第１のカメラ５１Ａの画像と画像処理によりつなぎ合わせた後に生成される画像にも残ってしまう。
【００６８】
そこで、本実施の形態では、この現象を回避するために、ミラー５３の先端部に、不要な光線を遮断するための遮光材として庇５４を設けている。
庇５４が反射の限りなく少ない黒体であれば、その像は輝度ゼロであるため、画角θｂの部分の像と画角φの部分の像との境界部分は、ミラー５３により反射した像が徐々に暗くなり、最終的に輝度ゼロになるといった振る舞いの画像として出力される。
そのため、つなぎ合わせの画像処理をする際にその部分を容易に分離することが可能となる。
また、庇５４は、第１のカメラ５１Ａの撮影範囲（画角θａ）の外に配置されている。そして、第１のカメラ５１Ａに庇５４の像が写り込んだり、第１のカメラ５１Ａの有効な画角θａを目減りさせたりしないように、庇５４の位置や形状を設定する。
【００６９】
なお、図５ではカメラが２個の場合であったが、カメラが３個以上の場合も同様にミラーに庇を設けて撮像装置を構成することができる。
図５の撮像装置５０の構成は、図４の撮像装置４０の構成の右半分を変形したものとも捉えることができるので、左半分にも同様に庇を設けたミラーとカメラとを配置することにより、図４の構成を変形した撮像装置を構成することができる。
【００７０】
図１〜図５に示した各実施の形態は、カメラが２個又は３個であったが、本発明は、カメラの個数が４個以上の場合にも適用することが可能である。
【００７１】
また、本発明は、図１〜図５の各実施の形態のように、複数の撮像手段を平面的に配置した場合に限らず、直接撮像手段の周囲に立体的に間接撮像手段を配置した場合（例えば、前後と左右等）にも適用することが可能である。
【００７２】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の撮像装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】本発明の撮像装置の他の実施の形態の概略構成図である。
【図３】本発明の撮像装置のさらに他の実施の形態の概略構成図である。
【図４】本発明の撮像装置の別の実施の形態の概略構成図である。
【図５】本発明の撮像装置のさらに別の実施の形態の概略構成図である。
【図６】ＮＰ点の定義を説明する図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０，２０，３０，４０，５０ 撮像装置、１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，５１Ａ，５１Ｂ カメラ、１２Ａ，１２Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，５２Ａ，５２Ｂ 光学中心、１３，２３，２４，３３，３４，４３，４４，５３ ミラー、５４ 庇、３１３ ＮＰ点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の撮像手段から成る撮像装置であって、
ｎ個（ｎは２以上の自然数）の撮像手段に対して、（ｎ−１）個の光路変更手段を備え、
ｎ個の撮像手段のうち、１個の撮像手段は、光路変更手段を経ないで直接被写体を撮影し、
他の（ｎ−１）個の撮像手段は、光路変更手段を経る光路で被写体を撮影し、
前記複数の撮像手段の各撮像手段の仮想光学中心が略一致する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記他の（ｎ−１）個の撮像手段の仮想光学中心を、前記１個の撮像手段の光学中心とは異なる点として、前記１個の撮像手段に前記光路変更手段の像が写らないように配置したことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記他の撮像手段に前記光路変更手段を経ないで直接入射する光を抑制するために、前記光路変更手段に遮光材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項１】
複数の撮像手段から成る撮像装置であって、
ｎ個（ｎは２以上の自然数）の撮像手段に対して、（ｎ−１）個の光路変更手段を備え、
ｎ個の撮像手段のうち、１個の撮像手段は、光路変更手段を経ないで直接被写体を撮影し、
他の（ｎ−１）個の撮像手段は、光路変更手段を経る光路で被写体を撮影し、
前記複数の撮像手段の各撮像手段の仮想光学中心が略一致する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記他の（ｎ−１）個の撮像手段の仮想光学中心を、前記１個の撮像手段の光学中心とは異なる点として、前記１個の撮像手段に前記光路変更手段の像が写らないように配置したことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記他の撮像手段に前記光路変更手段を経ないで直接入射する光を抑制するために、前記光路変更手段に遮光材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２７９５３８（Ｐ２００６−２７９５３８Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９５５８９（Ｐ２００５−９５５８９）
【出願日】平成１７年３月２９日（２００５．３．２９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２９日（２００５．３．２９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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