JP2008294819A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色再現性や分解能が優れる上に、パララックスの発生を抑制することができ、広い範囲の画像を取得可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】各撮像手段１１，１２，１３，１４において、ＮＰ点５が撮像素子より後方に設定され、１つのＮＰ点を中心とした半径約２０ｍｍ以内の領域に集合させており、レンズ１，２を通過した光線を波長の異なる複数の光線に分離する分離手段３と、分離された複数の光線をそれぞれ検知する複数の撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂとを備えた撮像装置１０を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、全天（全方位）等の広い範囲を撮影することができる撮像装置に係わる。

周知のように、多数のビデオカメラを１つの筐体に収納して、全方位・全周、或いは広角・広域を、同時に撮影するカメラが種々開発されている。

このようなカメラを構成した場合において課題となる、パララックス（視差）の問題を解決するために、ミラーを使用しないでパララックスを解決する光学系が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ミラーを使用しない光学系は、ミラー部分の体積が不要となることによって、装置全体の小型化が可能である利点や、ミラーが無いことによって光学系の小型化と通常のレンズのみの光学系と同等の扱いやすさとを実現できる利点を有する。

上述の光学系では、具体的には、多数のカメラでそれぞれのカメラのＮＰ点（ノンパララックス点）の位置を略一致させるように、配置している。
このＮＰ点（ノンパララックス点）とは、カメラの光学系の開口絞りの中心を通る多数の主光線のうち、ガウス領域に位置する主光線を選択して、この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前記光学系の光軸と交わる点として定義されるものである。

特開２００３−１６２０１８号公報

しかしながら、従来は、モノクロ、カラーにかかわらず、単板式カメラが使用されてきた。その理由の１つは、各カメラでＮＰ点を略一致させるために、撮像素子周辺の容積が限定されるためであった。
その結果、撮影された画像の色再現性や分解能において難があった。

上述のように撮像素子周辺の容積が限定されることを、図８を参照して説明する。図８は、多数のカメラを接合して、広範囲（全方位・全周、或いは広角・広域）を同時に撮影するカメラのうちの１つのカメラ１００を示した概略断面図である。

図８のカメラ１００において、最も被写体側のレンズ（前玉レンズ）１０１の端縁の点１１１，１１２を通った主光線１０５，１０６は、レンズ群１０２を通過（途中の区間の図示は省略している）して、撮像素子１０３の受光面の端点に到達する。

広い範囲の撮影には、図８で示したカメラ１００のＮＰ点１０４を、複数のカメラで略一致させ、かつ１００Ａで示す外周面を、隣り合うカメラの１００Ｂで示す外周面に接するように配置する。
このように隣り合うカメラ１００を外周面１００Ａ，１００Ｂで接するように配置するため、撮像素子１０３の近傍に位置させる必要性の高い、電気回路基板やケーブル等を、ほぼ斜線で示した空間Ｓ内に収納する必要がある。
斜線で示した空間Ｓは、外周面１００Ａ及び１００Ｂと撮像素子１０３の近傍の光軸１０７に垂直な面とによって囲まれた空間である。
空間Ｓの内部に、撮像素子１０３、電気回路基板やケーブル等を収納することを考慮すると、単板式カメラとすることが望ましいので、従来は単板式カメラが用いられていた。

また、監視カメラ等では、照度の低い環境に置かれた被写体を撮影する必要性が高い。
しかしながら、単板式カラーカメラでは、カラーフィルタを通過しない色の光は撮像素子で検知されない。このため、照度の低い環境用の監視カメラ等の用途に対して、単板式カラーカメラを搭載する全方位・広角・広域撮影カメラでは感度が不足していた。

上述した問題の解決のために、本発明においては、色再現性や分解能が優れる上に、パララックスの発生を抑制することができ、広い範囲の画像を取得可能な撮像装置を提供するものである。

本発明の撮像装置は、広範囲の被写体を分割した複数の各分割被写部を、それぞれ個別に複数の撮像手段によって撮影し、各撮像手段からの映像情報を入力した処理手段によって１つの映像に張り合わせ処理する撮像装置であって、撮像手段がレンズ及びこのレンズを通過した光線を検知する撮像素子を備え、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点と定義したときに、各撮像手段において、ＮＰ点が撮像素子より後方に設定され、かつ複数の撮像手段の各ＮＰ点を１つのＮＰ点を中心とした半径約２０ｍｍ以内の領域に集合させ、各撮像手段において、レンズを通過した光線を波長の異なる複数の光線に分離する分離手段と、分離された複数の光線をそれぞれ検知する複数の撮像素子とを備えたものである。

上述の本発明の撮像装置の構成によれば、各撮像手段においてＮＰ点が撮像素子よりも後方に設定されているため、各撮像手段のレンズ等の光学系が他の撮像手段の光路を遮らない。また、複数の撮像手段の各ＮＰ点を１つのＮＰ点を中心とした半径約２０ｍｍ以内の領域に集合させたことにより、各撮像手段の間のパララックスを抑制して、ほとんどなくすことが可能になる。
そして、広範囲の被写体を分割した複数の各分割被写部をそれぞれ個別に複数の撮像手段によって撮影するので、広範囲の被写体を、パララックスをほとんど生じることなく撮影することが可能になる。
さらに、レンズを通過した光線を波長の異なる複数の光線に分離する分離手段を備えると共に、分離された複数の光線をそれぞれ検知する複数の撮像素子を備えたことにより、単板式と比較して、それぞれの色の光を検知する画素数を多くすることができるため、色再現性や分解能を高めることができる。また、分離された光線をそれぞれ撮像素子で検知することができるため、カラーフィルタを通過しない色の光が検知されない単板式と比較して、入射光を効率よく検知することができ、感度を向上することが可能になる。

上述の本発明によれば、色再現性や分解能を高めることができる。これにより、高精細な画像を得ることが可能になる。
また、広範囲の被写体を、パララックスをほとんど生じることなく撮影することが可能になる。
従って、本発明によれば、広い範囲、例えば全方位等を、高精細でかつ良好な画質で撮影することが可能な撮像装置を実現することができる。

また、本発明によれば、単板式と比較して、入射光を効率よく検知することができ、感度を向上することが可能になるため、低照度における視認特性が優れ、広い範囲を高精細でかつ良好な画質で撮影することが可能な撮像装置を実現することができる。

本発明の撮像装置の一実施の形態を、図１〜図５を参照して説明する。図１は撮像装置の上下方向の概略断面図を示し、図２は図１の要部の拡大図を示し、図３は撮像装置の水平方向の概略断面図を示し、図４は図２の要部の拡大図を示し、図５は、撮像装置を被写体側から見た概略平面図を示している。

この撮像装置１０は、被写体側の端部にレンズ（前玉レンズ）１が設けられた、４個のカメラ１１，１２，１３，１４によって構成されている。そして、４個のカメラ１１，１２，１３，１４でそれぞれ撮影した画像から１つの貼り合せ画像を得るものである。

各カメラ１１，１２，１３，１４は、断面がほぼ正方形の四角錐形状を有する筐体の内部に、前玉レンズ１、４個のレンズから成るレンズ群２、開口絞り（図示せず）、並びに、撮像素子を配置して成る。開口絞りは、レンズ群２の前段、途中、後段のいずれかの位置に設けられる（特開２００４−８００８８号公報、特開２００４−１９１５９３号公報等を参照）。

最も被写体側の前玉レンズ１よりも前方（図１中左側）の空間を、物空間と呼ぶ。
開口絞りの中心を通過する光（主光線）のうち、光学系の光軸７に近い位置（ガウス領域）の主光線で、かつ物空間にある光線を延長して光軸７と交わる点を、ＮＰ点５と定義する。
また、各カメラ１１，１２，１３，１４のＮＰ点５が、四角錐形状の筐体の頂点に存在するように、レンズ１，２や開口絞り等から成る光学系を構成している。四角錐形状の筐体の側面は、前玉レンズ１の端縁とＮＰ点５とを結ぶ線分の集合から成る平面となっている。
さらに、各カメラ１１，１２，１３，１４のＮＰ点５は、レンズ群２及び撮像素子よりも後方にある。このように後方にＮＰ点５を存在させるためには、レンズ１，２や開口絞り等により、例えばテレフォト型（望遠型）の光学系を構成すればよい。
レンズ群２及び撮像素子よりも後方にＮＰ点５があることにより、各カメラ１１，１２，１３，１４のレンズ１，２等の光学系が、他のカメラの光路を遮らない。

前玉レンズ１は、断面がほぼ正方形の筐体内に設けられているので、筐体の断面形状に合わせてほぼ正方形の断面形状となっている。このような前玉レンズ１は、例えば断面形状が円形の球面レンズを、断面形状がほぼ正方形となるように、中心線を通らない平面でカットすることにより、作製することができる。

なお、図１〜図４は、上下又は左右に並ぶ２個のカメラの各光軸を通る平面における断面図を示している。即ち、図３は図１のＡ−Ａを通る面における断面図であり、図１は図３のＢ−Ｂを通る面における断面図である。また、これら各断面を、図５の平面図に鎖線Ａ，Ｂとして示す。

図１に示すように、上下方向Ｖに並ぶ２個のカメラ１１，１３において、ＮＰ点５を略一致させている。
図３に示すように、水平方向Ｈに並ぶ２個のカメラ１１，１２において、ＮＰ点５を略一致させている。
図示しないが、カメラ１２とカメラ１４、カメラ１３とカメラ１４についても、同様にＮＰ点５を略一致させている。
即ち、図５に示す４個のカメラ１１，１２，１３，１４において、ＮＰ点５を略一致させている。
なお、このようにＮＰ点５を略一致させるように４個のカメラ１１，１２，１３，１４を接合していることから、図５の平面図において、各カメラ１１，１２，１３，１４の底面が紙面の向こう側に若干傾斜しており、厳密には正方形にならない。しかしながら、図１及び図３に示すように、前玉レンズ１の大きさに対して、カメラ１１，１２，１３，１４の長さが５倍程度もあり、底面の傾斜角度が小さいことから、図５において各底面を正方形で表現している。

本実施の形態の撮像装置１０においては、特に、レンズ群２と撮像素子との間に、入射する光線を波長領域（赤色光、緑色光、青色光）ごとに分離する分離手段として、分光プリズム３を配置して、この分光プリズム３により光線を分離して、分離した光線をそれぞれ対応する撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂで検知する構成としている。

図３に示す水平方向Ｈの概略断面図によると、２個のカメラ１１，１２においてＮＰ点５が略一致しており、かつ２個のカメラ１１，１２がそれぞれの四角錐形状の筐体の側面１１Ｄ，１２Ｃでほぼ接している。これにより、２個のカメラ１１，１２によって撮影された画像は、簡単な画像処理を行うことにより、任意の距離にある被写体に対しても画像の境目に違和感を生じないで画像をつなげることができる。

カメラ１１の筐体の側面１１Ｄ及びカメラ１２の筐体の側面１２Ｃは、図３の断面では、物空間（被写体側の空間）における主光線２５が前玉レンズ１のレンズ第１面（被写体側のレンズ面）１Ａと交差する点２５Ａと、ＮＰ点５とを結んだ線分となっている。
カメラ１１の筐体の側面１１Ｃは、図３の断面では、物空間における主光線２４が前玉レンズ１のレンズ第１面１Ａと交差する点２４Ａと、ＮＰ点５とを結んだ線分となっている。
カメラ１２の筐体の側面１２Ｄは、図３の断面では、物空間における主光線２６が前玉レンズ１のレンズ第１面１Ａと交差する点２６Ａと、ＮＰ点５とを結んだ線分となっている。

被写体から発せられた主光線２４は、一方のカメラ１１の最も被写体側にある前玉レンズ１を通り、屈折し主光線３５となる。この主光線３５は、４個のレンズから成るレンズ群２を通った後に、分光プリズム３を通り撮像素子４Ｇの水平方向Ｈの端点４２で受光面に到達する。
同様に、被写体から発せられた主光線２５は、一方のカメラ１１において、前玉レンズ１を通り、屈折し主光線３６となる。この主光線３６は、レンズ群２を通った後に、分光プリズム３を通り撮像素子４Ｇの水平方向Ｈの端点４１で受光面に到達する。
また、この主光線２５は、他方のカメラ１２において、前玉レンズ１を通り、屈折し主光線３７となる。この主光線３７は、レンズ群２を通った後に、分光プリズム３を通り撮像素子４Ｇの水平方向Ｈの端点４２で受光面に到達する。端点４２は、端点４１とは光軸７を中心として１８０度の位置にある。
被写体から発せられた主光線２６は、他方のカメラ１２の前玉レンズ１を通り、屈折し主光線３８となる。この主光線３８は、レンズ群２を通った後に、分光プリズム３を通り撮像素子４Ｇの水平方向Ｈの端点４１で受光面に到達する。

従って、各カメラ１１，１２において、撮像素子４Ｇの端点４１，４２を通る主光線３５，３６，３７，３８が、前玉レンズ１の端縁にある点２４Ａ，２５Ａ，２６Ａを通るように光学系が構成されている。これにより、各カメラ１１，１２の撮像領域を欠損なく接合させることができることから、各カメラ１１，１２の撮像素子４Ｇでそれぞれ得られた画像を張り合わせることができる。

以上から、物空間における２つの主光線２４，２６によって囲まれた、水平方向Ｈの画角範囲では、２個のカメラ１１，１２での撮影にもかかわらず、死角なしに撮影が可能である。

図３中の面３９は、レンズ群２の最も像面側のレンズ面と光軸７とが交わる点の、光軸７に対して垂直な面を、示している。
この面３９と筐体の側面１１Ｃ，１２Ｃと筐体の側面１１Ｄ，１２Ｄとによって囲まれた空間Ｓ１，Ｓ２の中に、分光プリズム３、撮像素子４Ｇ、カメラ回路（図示せず）を配置することにより、ＮＰ点５を２個のカメラ１１，１２で略一致させることが可能となっている。
なお、筐体の側面１１Ｃ，１１Ｄ，１２Ｃ，１２Ｄは、ＮＰ点５と、前玉レンズ１の端縁にあり主光線２４，２５，２６が入射する点２４Ａ，２５Ａ，２６Ａとを、それぞれ結ぶ線分を図３の紙面と垂直な方向に拡張した面となっている。

図１は、本実施の形態の撮像装置１０を上下方向Ｖ、つまり図３を９０度回転させた方向から見た概略断面図である。

分光プリズム３は、図１及び図２の拡大図に示すように、３個のプリズム３Ａ，３Ｂ，３Ｃを組み立てて構成される。各プリズム３Ａ，３Ｂ，３Ｃの隣接するプリズムとの間の境界面には、入射光を波長で分離する機能を有する光学膜を設けて、可視光を赤色光、緑色光、青色光に分離する。光学膜は、接着（貼り付け）又は成膜（塗布、その他の成膜法）により、プリズム３Ａ，３Ｂ，３Ｃの境界面に形成されている。
手前側の１番目のプリズム３Ａに対して、青色光を検知する撮像素子４Ｂが設けられている。２番目のプリズム３Ｂに対して、赤色光を検知する撮像素子４Ｒが設けられている。奥側の３番目のプリズム３Ｃに対して、緑色光を検知する撮像素子４Ｇが設けられている。

図１に示す上下方向Ｖの概略断面図によると、図３に示した水平方向Ｈの概略断面図と同様に、２個のカメラ１１，１３においてＮＰ点５が略一致しており、かつ２個のカメラ１１，１３がそれぞれの四角錐形状の筐体の側面１１Ｂ，１３Ａでほぼ接している。これにより、２個のカメラ１１，１３によって撮影された画像は、簡単な画像処理を行うことにより、任意の距離にある被写体に対しても画像の境目に違和感を生じないで画像をつなげることができる。

カメラ１１の筐体の側面１１Ｂ及びカメラ１３の筐体の側面１３Ａは、図１の断面では、物空間（被写体側の空間）における主光線２２が前玉レンズ１のレンズ第１面（被写体側のレンズ面）１Ａと交差する点２２Ａと、ＮＰ点５とを結んだ線分となっている。
カメラ１１の筐体の側面１１Ａは、図１の断面では、物空間における主光線２１が前玉レンズ１のレンズ第１面１Ａと交差する点２１Ａと、ＮＰ点５とを結んだ線分となっている。
カメラ１３の筐体の側面１３Ｂは、図１の断面では、物空間における主光線２３が前玉レンズ１のレンズ第１面１Ａと交差する点２３Ａと、ＮＰ点５とを結んだ線分となっている。

被写体から発せられた主光線２１は、一方のカメラ１１の最も被写体側にある前玉レンズ１を通り、屈折し主光線３１となる。この主光線３１は、４個のレンズから成るレンズ群２を通った後に、分光プリズム３を通り、可視光４００ｎｍ〜７００ｎｍのうちの、赤成分（赤色光）が撮像素子４Ｒの受光面に到達し、緑成分（緑色光）が撮像素子４Ｇの上下方向Ｖの端点４４で受光面に到達し、青成分（青色光）が撮像素子４Ｂの受光面に到達する。
同様に、被写体から発せられた主光線２２は、一方のカメラ１１において、前玉レンズ１を通り、屈折し主光線３２となる。この主光線３２は、レンズ群２を通った後に、分光プリズム３を通り、赤成分は撮像素子４Ｒの受光面に到達し、緑成分は撮像素子４Ｇの上下方向Ｖの端点４３で受光面に到達し、青成分は撮像素子４Ｂの受光面に到達する。端点４３は、端点４４とは光軸７を中心として１８０度の位置にある。
また、この主光線２２は、他方のカメラ１３において、前玉レンズ１を通り、屈折し主光線３３となる。この主光線３３は、レンズ群２を通った後に、分光プリズム３を通り、赤成分は撮像素子４Ｒの受光面に到達し、緑成分は撮像素子４Ｇの上下方向Ｖの端点４４で受光面に到達し、青成分は撮像素子４Ｂの受光面に到達する。
被写体から発せられた主光線２３は、他方のカメラ１３の前玉レンズ１を通り、屈折し主光線３４となる。この主光線３４は、レンズ群２を通った後に、分光プリズム３を通り、赤成分は撮像素子４Ｒの受光面に到達し、緑成分は撮像素子４Ｇの上下方向Ｖの端点４３で受光面に到達し、青成分は撮像素子４Ｂの受光面に到達する。

従って、各カメラ１１，１３において、撮像素子４Ｇの端点４３，４４を通る主光線３１，３２，３３，３４が、前玉レンズ１の端縁にある点２１Ａ，２２Ａ，２３Ａを通るように光学系が構成されている。また、これらの主光線３１，３２，３３，３４は、分光プリズム３で分離されて、撮像素子４Ｒや撮像素子４Ｂの端点を通る。
これにより、各カメラ１１，１３の撮像領域を欠損なく接合させることができることから、各カメラ１１，１３の撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂでそれぞれ得られた画像を張り合わせることができる。

以上から、物空間における２本の主光線２１，２３によって囲まれた、上下方向Ｖの画角範囲では、２個のカメラ１１，１３での撮影にもかかわらず、死角なしに撮影が可能である。

図１中の面３９は、図３中の面３９と同じ面である。
この面３９と筐体の側面１１Ａ，１３Ａと筐体の側面１１Ｂ，１３Ｂとによって囲まれた空間Ｓ１，Ｓ３の中に、分光プリズム３、撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ、カメラ回路（図示せず）を配置することにより、上下方向ＶにおいてもＮＰ点５を２個のカメラ１１，１３で略一致させることが可能となっている。
なお、筐体の側面１１Ａ，１１Ｂ，１３Ａ，１３Ｂは、ＮＰ点５と、前玉レンズ１の端縁にあり主光線２１，２２，２３が入射する点２１Ａ，２２Ａ，２３Ａとを、それぞれ結ぶ線分を図１の紙面と垂直な方向に拡張した面となっている。

上述の本実施の形態の撮像装置１０の構成によれば、前玉レンズ１とレンズ群２を通過した光線を、波長の異なる３本の光線に分離する分光プリズム３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）を備えると共に、分離された複数の光線（赤色光、緑色光、青色光）をそれぞれ検知する３個の撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えたことにより、単板式と比較して、それぞれの色の光を検知する画素数を多くすることができるため、色再現性や分解能を高めることが可能になる。また、カラーフィルタを通過しない色の光が検知されない単板式と比較して、入射した光線を効率よく検知することができ、感度を向上することが可能になる。
これにより、色再現性や分解能を高めて、高精細な画像を得ることが可能になる。また、感度を向上して、低照度においても充分な感度を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、４個のカメラ１１，１２，１３，１４のＮＰ点５を略一致させていることにより、隣り合うカメラとのパララックスを抑制して、ほとんどなくすことが可能になる。
これにより、４個のカメラ１１，１２，１３，１４により、広い範囲を、パララックスをほとんど生じることなく良好な画質で撮影することが可能になる。

従って、広い範囲、例えば全方位等を、高精細でかつ良好な画質で撮影することが可能な撮像装置１０を実現することができる。
また、低照度における視認特性が優れ、広い範囲を高精細でかつ良好な画質で撮影することが可能な撮像装置１０を実現することができる。

また、本実施の形態によれば、各カメラ１１，１２，１３，１４において、レンズ群２の最も撮像素子側のレンズの撮像素子側のレンズ面と光軸７との交点を通り光軸７に垂直な面３９及び、主光線３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８等の主光線と前玉レンズ１の被写体側のレンズ面１Ａとの交点の集合による光線とＮＰ点５とを結ぶ面（カメラ１１の四角錐形状の筐体の側面１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ）に囲まれた空間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の内部に、分離手段の分光プリズム３及びそれぞれの撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが収納されている。
表現を変えると、撮像素子４Ｇの受光面の端点４１，４２，４３，４４にそれぞれ入射する主光線（主光線３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８等）が前玉レンズ１を通る点（２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａ，２６Ａ等）とＮＰ点５とにより囲まれる空間から、前玉レンズ１からレンズ群２の最も撮像素子側のレンズまでが占める空間を除いた空間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の内部に、分離手段の分光プリズム３及びそれぞれの撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが収納されている。
このように、空間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の内部に、分光プリズム３及び撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが収納されていることにより、電気回路基板やケーブル等をもこの空間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の内部に収納することが可能であり、隣り合うカメラを接合してＮＰ点５を略一致させることができる。
これにより、撮像装置１０をコンパクトに構成することができる。

また、本実施の形態では、カメラ１１，１２，１３，１４の筐体を底面がほぼ正方形の四角錐形状として、前玉レンズ１をほぼ正方形の断面形状としているため、カメラ１１，１２，１３，１４の外周面を隙間なく接合することができる。このように隙間なく接合することができるため、前玉レンズ１の被写体側のレンズ面１Ａから隣り合うカメラの撮像領域がオーバーラップすることから、撮像装置１０の前方に死角を生じない。また、撮像素子の撮像領域は通常長方形や正方形であるため、ほぼ正方形の断面形状である前玉レンズ１の端縁を通った主光線が、撮像素子の撮像領域の端部の画素に到達するように光学系（レンズ１，２や開口彫り等）を構成することができる。これにより、正方形又は長方形の撮像領域の角部の画素にも充分な量の光が到達し、撮像素子の撮像領域を有効に利用することができる。
カメラの筐体の底面及び前玉レンズ１の断面形状を長方形とした場合も、ほぼ同様の効果が得られる。
一方、カメラを円錐形状とした場合には、隣り合うカメラの前玉レンズの間に隙間を生じるため、撮像領域がオーバーラップするまでの区間に、いずれのカメラの撮像領域にも含まれない死角の領域を生じる。また、撮像素子に達する像が円形もしくは楕円形となるので、正方形又は長方形の撮像領域の角部の画素には光が到達しにくくなり、撮像素子の撮像領域の利用効率が劣る。

前述したように、例えば、監視用のカメラにおいては、照度の低い環境に置かれた被写体を撮影する必要性が高くなる。
単板式の全方位・広角・広域撮影カメラでは、カラーフィルタにおける吸収があることや、画素を各色に振り分けることによって、受光感度が低くなるため、照度の低い被写体を撮影することが困難である。
そこで、本発明を適用してプリズムにより入射した光線を分離すると共に、可視光を検知する撮像素子と、赤外光を検知する撮像素子とにおいて、分離した光線をそれぞれ検知する構成とすることが考えられる。
この場合の実施の形態を、次に示す。

本発明の撮像装置の他の実施の形態を、図６〜図７を参照して説明する。図６は撮像装置の上下方向の概略断面図を示し、図７は図６の要部の拡大図を示している。
本実施の形態は、図１〜図５に示した先の実施の形態と同様に、４個のレンズ及びカメラで、広い範囲を高精細に撮影するものである。
水平方向の断面図については、先の実施の形態の撮像装置１０と同様であるので、図面及び説明は省略する。

先の実施の形態の撮像装置１０では、約４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光が分光プリズム３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）に入射し、青、緑、赤に分離されてそれぞれの波長に対応した撮像素子に到達して検知される構成であった。
これに対して、本実施の形態の撮像装置５０では、先の実施の形態の３番目のプリズム３Ｃの代わりに、２個のプリズム３Ｄ，３Ｅを設けて、４個のプリズム３Ａ，３Ｂ，３Ｄ，３Ｅによって分光プリズム３を構成している。そして、本実施の形態においても、各プリズム３Ａ，３Ｂ，３Ｄ，３Ｅの隣接するプリズムとの間の境界面に、入射光を波長で分離する機能を有する光学膜を設けている。
手前側の１番目のプリズム３Ａに対して、青色光を検知する撮像素子４Ｂが設けられている。２番目のプリズム３Ｂに対して、赤色光を検知する撮像素子４Ｒが設けられている。３番目のプリズム３Ｄに対して、赤外光を検知する撮像素子４ＩＲが設けられている。奥側の４番目のプリズム３Ｅに対して、緑色光を検知する撮像素子４Ｇが設けられている。
３番目のプリズム３Ｄに対して赤外光を検知する撮像素子４ＩＲを設けているので、３番目のプリズム３Ｄと４番目のプリズム３Ｅとの間の境界面の光学膜には、赤外光を反射し緑色光を透過する特性を有する光学膜を選定する。

レンズ群２を通過した光のうち、約４００ｎｍ〜１０００ｎｍの可視光及び赤外光が、分光プリズム３に入射して、分光される。
波長約７００ｎｍ〜１０００ｎｍの赤外成分は、撮像素子４ＩＲの受光面に到達する。
波長約４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光のうち、青成分は撮像素子４Ｂの受光面に到達し、緑成分は撮像素子４Ｇの受光面に到達し、赤成分は撮像素子４Ｒの受光面に到達する。

各撮像素子４ＩＲ，４Ｇ，４Ｒ，４Ｂは、それぞれの波長の光が鮮鋭な像を結ぶ位置に設けられている。これにより、各撮像素子４ＩＲ，４Ｒ，４Ｇ，４Ｂで得られた４枚の画像を利用して１枚の画像を生成する場合においても、フォーカスの合った画像が得られる。

その他の構成は、先の実施の形態の撮像装置１０と同様であるので、重複説明を省略する。

上述の本実施の形態の撮像装置５０の構成によれば、先の実施の形態の撮像装置１０と同様に、本実施の形態によれば、４個のカメラ１１，１２，１３，１４のＮＰ点５を略一致させていることにより、隣り合うカメラとのパララックスを抑制して、ほとんどなくすことが可能になる。
これにより、４個のカメラ１１，１２，１３，１４により、広い範囲を、パララックスをほとんど生じることなく良好な画質で撮影することが可能になる。

また、分光プリズム３（３Ａ，３Ｂ，３Ｄ，３Ｅ）において、前玉レンズ１とレンズ群２を通過した光線を波長の異なる４本の光線（赤外光、赤色光、緑色光、青色光）に分離して、それぞれの光線を検知する４個の撮像素子４ＩＲ，４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えているので、単板式と比較して、色再現性や分解能を高めることが可能になり、また、感度を向上することが可能になる。
そして、特に、前玉レンズ１とレンズ群２を通過した光線から赤外光を分離して、撮像素子４ＩＲで検知するので、赤外光による画像を得ることができる。これにより、低照度での視認性能を、先の実施の形態の撮像装置１０から、さらに高めることができる。
従って、低照度における視認特性が特に優れており、広い範囲を高精細でかつ良好な画質で撮影することが可能な撮像装置５０を実現することができる。

ここで、赤外光を検知する撮像素子４ＩＲを、可視光を検知する他の撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂとは、異なる構成としても良い。例えば、固体撮像素子のフォトダイオードを赤外光の検出効率を高くするために深く形成することや、赤外光のうち波長の長い領域の光を検知できるように特化した構成とすること等が、考えられる。

また、赤外光を検知する撮像素子４ＩＲが検出する波長範囲は、上述した波長約７０００ｎｍ〜１０００ｎｍに限定されるものではなく、その他の波長範囲（より広い範囲、より狭い範囲等）としても構わない。そして、検出する波長範囲に合わせて、撮像素子４ＩＲ及び光を分離する光学膜の構成を選定すればよい。

さらにまた、図１〜図５に示した撮像装置１０の構成を変形して、例えば、２番目のプリズム３Ｂに設けた撮像素子において、赤色光と近赤外光の両方を検知する構成としても構わない。この場合、２番目のプリズム３Ｂと３番目のプリズム３Ｃとの間の光学膜を、赤色光を反射するだけでなく、近赤外光をも反射する特性を有する構成とする。

さらにまた、２個のプリズムによって分光プリズムを構成して、波長約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの光線を、可視光である波長約４００ｎｍ〜約７００ｎｍと近赤外光である波長約７００ｎｍ〜約１０００ｎｍとの２本に分離し、分離した各光線に対応した２個の撮像素子（可視光用、近赤外光用）を設ける構成とすることも可能である。

上述の各実施の形態では、撮像装置１０，５０の各カメラ１１，１２，１３，１４を、底面がほぼ正方形である四角錐形状の筐体を有する構成としていたが、例えば、底面の縦横がある程度異なる長方形であっても構わない。例えば、テレビジョン受像機の画面の縦横比（３：４や９：１６）に合わせた、長方形の底面形状とすることが可能である。

上述の各実施の形態では、光線を波長により複数に分離する分離手段として、光学膜を境界面に設けた複数のプリズムから成る分光プリズム３を使用した構成であった。
本発明の分離手段としては、その他の構成も可能である。例えば、プロジェクタ等で使用されているように、光線を分離する光学膜をガラス板の表面に形成した構成等が考えられる。ただし、それぞれの撮像手段（カメラ等）の大きさと比較して、分離手段が大きくなり過ぎないように、適切な構成の分離手段を使用する。
なお、上述の各実施の形態のように複数のプリズムを接合した分光プリズム３を使用すると、ガラス板を使用した場合と比較して、光学系の調整が容易になり、光学系の精度を容易に高めることができる、という利点を有する。

上述の各実施の形態では、レンズ群２の最も撮像素子側のレンズ面と光軸７との交点を通り光軸７に垂直な面と、カメラの筐体の外周面とに囲まれた空間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に、分光プリズム３及び撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ，４ＩＲを収納した構成であった。このような構成とすると、撮像装置の構成が簡略化され小型化が可能になる利点を有する。
しかしながら、本発明の撮像装置においては、分離手段及び撮像素子を、この空間内に設けることが必須ではない。そして、例えば、隣り合う撮像手段（カメラ等）を接合する側とは反対の側の外周面に対して、図５の構成で言えば面１１Ａや面１１Ｃ等の面に対して、面よりも外側に撮像素子を設けること（例えば、本出願人による先の出願である、特開２００６−３０６６４号公報を参照）や、面の外側にまで跨るように分離手段を設けることも可能である。このように撮像装置を構成した場合、撮像手段の筐体は四角錐形状から一部突出した形状となる。この場合でも、色再現性や分解能を高めることができ、複数の撮像手段を接合してパララックスをほとんど生じることなく広範囲の被写体を撮影することが可能になる。

上述の各実施の形態では、４個のカメラ１１，１２，１３，１４のＮＰ点５を略一致させていたが、本発明においては、各撮像手段のＮＰ点を、１つのＮＰ点を中心とした半径約２０ｍｍ以内の領域に集合させていればよい。この領域内にＮＰ点を集合させれば、パララックスを生じることなく、各撮像手段の撮像素子で得られた画像を張り合わせることができる。

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。

本発明の一実施の形態の撮像装置の上下方向の概略断面図である。 図１の要部の拡大図である。 本発明の一実施の形態の撮像装置の水平方向の概略断面図である。 図３の要部の拡大図である。 本発明の一実施の形態の撮像装置を被写体側から見た概略平面図である。 本発明の他の実施の形態の撮像装置の上下方向の断面図である。 図６の要部の拡大図である。 多数のカメラを接合して、広範囲を同時に撮影するカメラのうちの１つのカメラを示した概略断面図である。

符号の説明

１ レンズ（前玉レンズ）、２ レンズ群、３ 分光プリズム、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ プリズム、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ，４ＩＲ 撮像素子、５ ＮＰ点、７ 光軸、１０，５０ 撮像装置、１１，１２，１３，１４ カメラ

Claims (9)

1. 広範囲の被写体を分割した複数の各分割被写部を、それぞれ個別に複数の撮像手段によって撮影し、各前記撮像手段からの映像情報を入力した処理手段によって１つの映像に張り合わせ処理する撮像装置であって、
   前記撮像手段が、レンズ及び前記レンズを通過した光線を検知する撮像素子を備え、
   前記撮像手段の前記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、前記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点と定義したときに、
   各前記撮像手段において、前記ＮＰ点が前記撮像素子より後方に設定され、かつ前記複数の撮像手段の各前記ＮＰ点を１つのＮＰ点を中心とした半径約２０ｍｍ以内の領域に集合させ、
   各前記撮像手段において、前記レンズを通過した光線を、波長の異なる複数の光線に分離する分離手段と、分離された複数の光線をそれぞれ検知する複数の前記撮像素子とを備えた
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 各前記撮像手段において、最も前記撮像素子側のレンズの前記撮像素子側のレンズ面と前記光軸との交点を通り前記光軸に垂直な面及び、前記選択された主光線と最も被写体側のレンズの被写体側のレンズ面との交点の集合による交線と前記ＮＰ点とを結ぶ面に囲まれた空間の内部に、前記分離手段が収納されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 各前記撮像手段において、複数の光線をそれぞれ検知する複数の前記撮像素子も、前記空間の内部に収納されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記分離手段において、波長約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの光を、波長により、青・緑・赤の３色に対応する３つの波長領域に分離し、分離して得られたそれぞれの光を検知する３個の撮像素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記分離手段において、波長約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの光を、可視光である波長約４００ｎｍ〜約７００ｎｍと、近赤外光である波長約７００ｎｍ〜約１０００ｎｍとに分離し、分離して得られたそれぞれの光を検知する２個の撮像素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記分離手段において、波長約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの光を、波長により、青、緑、赤及び近赤外の３つの波長領域に分離し、分離して得られたそれぞれの光を検知する３個の撮像素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記分離手段において、波長約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの光を、波長により、青、緑、赤、近赤外の４つの波長領域に分離し、分離して得られたそれぞれの光を検知する４個の撮像素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記分離手段を、前記レンズと前記撮像素子との間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。
9. 各前記撮像手段において、最も被写体側にあるレンズの断面形状が正方形又は長方形とされており、四角錐形状の筐体が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

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