(57)【要約】【課題】屈折光学系を用いることで前後方向の厚みを薄くでき、またコストが安価で信頼性の高い広角撮像装置を提供する。【解決手段】広角撮像装置２１は、撮像素子２６及びレンズ２７を内蔵したカメラ２２と、視野切替光学系２３と、光学系駆動機構２８からなる。視野切替光学系２３は、第１プリズム２４と第２プリズム２５からなり、両プリズム２４、２５は上下に重ねて配置されている。プリズム２４（２５）は、光軸方向に対して左（右）方向の視野から入射した光を屈折させて前記撮像素子に集光させる。光学系駆動機構２８は、視野切替光学系２３を昇降させてプリズム２４、２５の一方がカメラ２２の前面に位置した状態と、カメラ２２の前面からプリズム２４、２５が外れた状態とに切り替える。このようにプリズム２４、２５の位置を切り替えることにより、順次左方向の視野、前方の視野、右側の視野からの画像を撮像素子２６により撮影することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子の画角よりも広い範囲を撮影するための広角撮像装置であって、
画像を撮影するための撮像素子と、
光軸方向に対して傾いた方向の視野から入射した光を屈折させることによって前記撮像素子に集光させる屈折式のプリズムを含む、１又は２以上の光学要素を有する視野切替光学系と、
前記視野切替光学系の光学要素を移動させるための光学系駆動機構とを備えた広角撮像装置。
【請求項２】
前記視野切替光学系は２以上の光学要素を有し、
前記光学系駆動機構は、前記視野切替光学系を移動させることにより、前記視野切替光学系のいずれか１つの光学要素を選択的に前記光軸上に位置させることを特徴とする、請求項１に記載の広角撮像装置。
【請求項３】
前記視野切替光学系のすべての光学要素を前記光軸から外れた位置へ移動させることにより、前記撮像素子によって光軸方向の画像を撮影可能にすることを特徴とする、請求項１に記載の広角撮像装置。
【請求項４】
前記光学系駆動機構は、前記視野切替光学系を回転させることによって、前記光軸上を通過するように各光学要素を移動させることを特徴とする、請求項１に記載の広角撮像装置。
【請求項５】
前記光学系駆動機構は、前記視野切替光学系を直線的に動かすことによって、前記光軸上を通過するように各光学要素を移動させることを特徴とする、請求項１に記載の広角撮像装置。
【請求項６】
前記視野切替光学系は、前記光学要素として、光軸方向に対して傾いた方向の視野から入射した光を反射させることによって前記撮像素子に集光させる反射式のプリズム又はミラーを含み、
前記光軸に対して傾きの比較的小さな方向の視野から入射した光は前記屈折式のプリズムによって撮像素子に集光させ、前記光軸に対して傾きの比較的大きな方向の視野から入射した光は前記反射式のプリズム又はミラーによって撮像素子に集光させることを特徴とする、請求項１に記載の広角撮像装置。
【請求項７】
前記視野切替光学系を構成する光学要素のうち、複数個のプリズムを一体成形したことを特徴とする、請求項１に記載の広角撮像装置。
【請求項８】
前記撮像素子の画素領域は、縦方向の長さが横方向の長さよりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の広角撮像装置。
【請求項９】
前記屈折式のプリズムは、撮像素子側の面が凹曲面により構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の広角撮像装置。
【請求項１０】
前記屈折式のプリズムは、被写体側の面が凸曲面により構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の広角撮像装置。
【請求項１１】
前記光学要素の、撮像に必要な光線の光路となる部分のみを残して不要部分を削除し、不要部分を削除された前記光学要素を隣り合わせにして前記光学要素の配列方向に対する側面側から見たときに不要部分を削除された前記光学要素どうしが重なり合うようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の広角撮像装置。
【請求項１２】
光軸方向から見て一列となるように各光学要素が配列し、
各光学要素を通って前記撮像素子に入射する光の視野方向が、前記光学要素の配列方向を挟んで交互に反対向きとなるように前記光学要素が配置されていることを特徴とする、請求項１１に記載の広角撮像装置。
【請求項１３】
各視野方向の画像を並べてモニターに表示させるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の広角撮像装置。
【請求項１４】
撮像素子の画角よりも広い範囲を撮影するための広角撮像装置であって、
画像を撮影するための撮像素子と、
光軸方向に対して傾いた互いに異なる方向の視野から入射した光を屈折させることによって前記撮像素子に当該光を集光させる屈折式のプリズムを含む、２以上の光学要素を備え、
前記光学要素を通過した各視野方向の光を前記撮像素子の互いに異なる領域に集光させることを特徴とする広角撮像装置。
【請求項１５】
撮像素子の画角よりも広い範囲を撮影するための広角撮像装置であって、
画像を撮影するための撮像素子と、
光軸方向に対して傾いた方向の視野から入射した光を屈折させることによって前記撮像素子に当該光を集光させる屈折式のプリズムを含む、１又は２以上の光学要素を備え、
前記光学要素を通過しない光軸方向の光を、前記撮像素子の、前記光学要素を通過した視野方向の光が集光する領域と異なる領域に集光させることを特徴とする広角撮像装置。
【請求項１６】
光軸方向に対して傾いた方向の視野から入射した光を反射させることによって前記撮像素子の一部領域に集光させる反射式のプリズム又はミラーを備え、
前記光軸に対して傾きの比較的小さな方向の視野から入射した光は前記屈折式のプリズムによって撮像素子に集光させ、前記光軸に対して傾きの比較的大きな方向の視野から入射した光は前記反射式のプリズム又はミラーによって撮像素子に集光させることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の広角撮像装置。
【請求項１７】
前記撮像素子により撮影された異なる視野方向の画像を歪み補正処理した後、画像処理を行うことを特徴とする請求項１、１４又は１５に記載の広角撮像装置。
【請求項１８】
前記撮像素子により撮影された異なる視野方向の画像を歪み補正処理し、さらに前記反射式のプリズム又はミラーによって反射されて前記撮像素子に集光された画像を反転補正処理した後、画像処理を行うことを特徴とする請求項６又は１６に記載の広角撮像装置。
【請求項１９】
請求項１、１４又は１５に記載した広角撮像装置を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広角撮像装置に関する。具体的にいうと、本発明は、光学系を通して広い範囲の画像を撮影することのできる広角撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、監視カメラや画像センサなどにおいて、１台の撮像装置によって、より広範囲（広角）を撮影したいというニーズが高まっている。このような要望に対しては、従来よりつぎのような解決方法が提案されてきた。
【０００３】
第１の方法は、魚眼レンズを使用して広範囲を撮影できるようにするものである。しかし、魚眼レンズを用いた広角撮像装置の場合には、周辺部の画像が大きく歪むので、マイコンやコンピュータを用いた画像処理による複雑な補正が必要となり、マイコンやコンピュータに高い処理能力が必要となる。また、魚眼レンズを使用した場合には、周辺部の画像が縮んでいるので、画像の解像度が劣化する。そのため、より高密度の撮像素子を使用する必要があり、広角撮像装置のコストが高くつく。
【０００４】
第２の方法は、ミラーを用いて光路を折り曲げ、左右それぞれの視野の光を撮像素子に導くようにするものである。このような広角撮像装置（パノラマ撮像装置）としては、特許文献１に開示されたものがある。しかし、このような広角撮像装置１１では、図１に示すように、撮像素子１２の正面からの傾きの小さな方向を撮影しようとすると、画角の広がりによりミラー１３の前後方向の長さＡが大きくなり、ミラー１３の設置スペースが大きくなる。そのため、広角撮像装置の前後方向の長さ（厚み）も長くなり、広角撮像装置の機器への組み込みスペースも制約される。なお、このような不都合は、ミラーによる光の曲げ角度が小さいほど顕著になる。
【０００５】
第３の方法は、広角撮像装置そのものを回転させて広範囲を撮影するものである。しかし、この方法では、電子デバイスである撮像素子を回転させるため、電源及び信号入出力のためのケーブルも同時に回転させる必要がある。そのため、ケーブルやケーブルの接続部分などが断線するおそれがあり、広角撮像装置の耐久性や信頼性が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２３２２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的とするところは、屈折光学系を用いることにより前後方向の厚みを薄くすることができ、またコストが安価で信頼性の高い広角撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る第１の広角撮像装置は、撮像素子の画角よりも広い範囲を撮影するための広角撮像装置であって、画像を撮影するための撮像素子と、光軸方向に対して傾いた方向の視野から入射した光を屈折させることによって前記撮像素子に集光させる屈折式のプリズムを含む、１又は２以上の光学要素を有する視野切替光学系と、前記視野切替光学系の光学要素を移動させるための光学系駆動機構とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明の広角撮像装置にあっては、視野切替光学系の光学要素を移動させて切り替えることによって視野方向の異なる画像を順次撮像素子に結像させることができるので、撮像素子を大きくすることなく広い範囲の画像を撮影することができる。また、視野切替光学系には、光軸方向に対して傾いた方向の視野から入射した光を屈折させることによって前記撮像素子に集光させる屈折式のプリズムを用いているので、光軸方向に対する傾きが比較的小さな方向の画像を撮影する場合にも視野切替光学系の前後方向の厚みが大きくなりにくく、広角撮像装置を小型化することができる。
【００１０】
本発明に係る第１の広角撮像装置においては、視野方向を切り替えるには、たとえば前記視野切替光学系が２以上の光学要素を有する場合であれば、前記光学系駆動機構により前記視野切替光学系を移動させることにより、前記視野切替光学系のいずれか１つの光学要素を選択的に前記光軸上に位置させるようにすればよい。あるいは、前記視野切替光学系のすべての光学要素を前記光軸から外れた位置へ移動させて光学要素を用いないで光軸方向の画像を撮影し、また光学要素を用いて斜め方向の画像を撮影できるようにすればよい。
【００１１】
また、前記光学系駆動機構の構造としては、前記視野切替光学系を回転させることによって、前記光軸上を通過するように各光学要素を移動させるものでもよく、前記視野切替光学系を直線的に動かすことによって、前記光軸上を通過するように各光学要素を移動させるものでもよい。
【００１２】
本発明に係る第１の広角撮像装置の別な実施態様としては、前記視野切替光学系が、前記光学要素として、光軸方向に対して傾いた方向の視野から入射した光を反射させることによって前記撮像素子に集光させる反射式のプリズム又はミラーを含み、前記光軸に対して傾きの比較的小さな方向の視野から入射した光は前記屈折式のプリズムによって撮像素子に集光させ、前記光軸に対して傾きの比較的大きな方向の視野から入射した光は前記反射式のプリズム又はミラーによって撮像素子に集光させるようにしたものでもよい。かかる実施態様によれば、より広い範囲の画像を撮影することが可能になる。
【００１３】
本発明に係る第１の広角撮像装置のさらに別な実施態様としては、前記視野切替光学系を構成する光学要素のうち、複数個のプリズムを一体成形したものでもよい。この場合、屈折式のプリズムどうしを一体成形してもよい。また、反射式のプリズムを有する場合には、屈折式のプリズムと反射式のプリズムを一体成形してもよく、反射式のプリズムどうしを一体成形してもよい。
【００１４】
なお、本発明においてプリズムとは、透明媒質内に入った光の進行方向を屈曲させる透明物質をいう。特に、光が透明媒質内に入射し、屈折率の異なる他の透明媒質との界面で屈折するように用いられる場合を屈折式のプリズムという。また、光が透明媒質内に入射し、屈折率の異なる他の透明媒質との界面で反射し、あるいは透明媒質の表面や内部に形成された蒸着膜などのミラー処理面で反射するように用いられる場合を反射式のプリズムという。
【００１５】
本発明に係る第１の広角撮像装置のさらに別な実施態様にあっては、前記撮像素子の画素領域が、縦方向の長さが横方向の長さよりも大きくなっている。かかる実施態様によれば、撮像素子の縦方向（上下方向）の画角を広くすることができる。
【００１６】
本発明に係る第１の広角撮像装置のさらに別な実施態様における前記屈折式のプリズムは、撮像素子側の面が凹曲面により構成されていることを特徴としている。また、前記屈折式のプリズムは、被写体側の面が凸曲面により構成されていてもよい。これらの実施態様によれば、撮影される画像の歪みを小さくすることが可能になる。
【００１７】
本発明に係る第１の広角撮像装置のさらに別な実施態様は、前記光学要素の、撮像に必要な光線の光路となる部分のみを残して不要部分を削除し、不要部分を削除された前記光学要素を隣り合わせにして前記光学要素の配列方向に対する側面側から見たときに不要部分を削除された前記光学要素どうしが重なり合うようにしたことを特徴としている。かかる実施態様によれば、光学要素どうしを近づけて配置することができるので、視野切替光学系のサイズを小さくすることが可能になる。
【００１８】
さらに、当該実施態様においては、光軸方向から見て一列となるように各光学要素が配列し、各光学要素を通って前記撮像素子に入射する光の視野方向が、前記光学要素の配列方向を挟んで交互に反対向きとなるように前記光学要素が配置されていてもよい。このような配置によれば、隣り合う光学要素の光路が互いに干渉しないので、光学要素間の距離を詰めて配置することができ、広角撮像装置のサイズをより小さくすることが可能になる。
【００１９】
本発明に係る第１の広角撮像装置のさらに別な実施態様は、各視野方向の画像を並べてモニターに表示させるようにしたことを特徴としている。かかる実施態様によれば、時間的にずらせて撮影された各方向の画像が並べて表示されるので、全体のようすを認識しやすくなる。
【００２０】
本発明に係る第２の広角撮像装置は、撮像素子の画角よりも広い範囲を撮影するための広角撮像装置であって、画像を撮影するための撮像素子と、光軸方向に対して傾いた互いに異なる方向の視野から入射した光を屈折させることによって前記撮像素子に当該光を集光させる屈折式のプリズムを含む、２以上の光学要素を備え、前記光学要素を通過した各視野方向の光を前記撮像素子の互いに異なる領域に集光させることを特徴としている。
【００２１】
本発明の第２の広角撮像装置にあっては、２以上の光学要素によって視野方向の異なる画像を一度に撮像素子に結像させることができるので、広い範囲の画像を撮影することができる。また、視野切替光学系には、光軸方向に対して傾いた方向の視野から入射した光を屈折させることによって前記撮像素子に集光させる屈折式のプリズムが用いられているので、光軸方向に対して比較的小さな傾きの方向の画像を撮影する場合にも視野切替光学系の前後方向の厚みが大きくなりにくく、広角撮像装置を小型化することができる。
【００２２】
本発明に係る第３の広角撮像装置は、撮像素子の画角よりも広い範囲を撮影するための広角撮像装置であって、画像を撮影するための撮像素子と、光軸方向に対して傾いた方向の視野から入射した光を屈折させることによって前記撮像素子に当該光を集光させる屈折式のプリズムを含む、１又は２以上の光学要素を備え、前記光学要素を通過しない光軸方向の光を、前記撮像素子の、前記光学要素を通過した視野方向の光が集光する領域と異なる領域に集光させることを特徴としている。
【００２３】
本発明の第３の広角撮像装置にあっては、１又は２以上の光学要素によって、それと同時に光学要素を用いないで、視野方向の異なる画像を一度に撮像素子に結像させることができるので、広い範囲の画像を撮影することができる。また、視野切替光学系には、光軸方向に対して傾いた方向の視野から入射した光を屈折させることによって前記撮像素子に集光させる屈折式のプリズムが用いられているので、光軸方向に対して比較的小さな傾きの方向の画像を撮影する場合にも視野切替光学系の前後方向の厚みが大きくなりにくく、広角撮像装置を小型化することができる。
【００２４】
本発明の第２又は第３の広角撮像装置のある実施態様は、光軸方向に対して傾いた方向の視野から入射した光を反射させることによって前記撮像素子の一部領域に集光させる反射式のプリズム又はミラーを備え、前記光軸に対して傾きの比較的小さな方向の視野から入射した光は前記屈折式のプリズムによって撮像素子に集光させ、前記光軸に対して傾きの比較的大きな方向の視野から入射した光は前記反射式のプリズム又はミラーによって撮像素子に集光させることを特徴としている。かかる実施態様によれば、より広い範囲の画像を撮影することが可能になる。  
【００２５】
また、第１、第２又は第３の広角撮像装置においては、前記撮像素子により撮影された異なる視野方向の画像を歪み補正処理した後、画像処理を行うようにすることが好ましい。かかる実施態様によれば、画像を歪み補正処理した後に画像処理することで、画像処理の負荷を軽減することができる。
【００２６】
さらに反射式のプリズム又はミラーを有する第１、第２又は第３の広角撮像装置においては、前記撮像素子により撮影された異なる視野方向の画像を歪み補正処理し、さらに前記反射式のプリズム又はミラーによって反射されて前記撮像素子に集光された画像を反転補正処理した後、画像処理を行うようにすることが好ましい。かかる実施態様によれば、画像を歪み補正処理し、また反射式のプリズム又はミラーによって反射されて前記撮像素子に集光された画像を反転補正処理した後に画像処理することで、画像処理の負荷を軽減することができる。また、モニターなどに表示する場合には、画像の向きを揃えることができる。
【００２７】
本発明の第１、第２又は第３の広角撮像装置は、電子機器に組み込むことができる。たとえば、画像センサ、人体検出センサ、顔検出センサ、車載用センサなどのセンサに用いることができる。また、エアコンなどの家電製品にも組み込むことができる。
【００２８】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、従来の広角撮像装置の構造を説明する概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１による広角撮像装置を示す斜視図である。
【図３】図３は、実施形態１の広角撮像装置における光学系駆動機構の一例を示す斜視図である。
【図４】図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、実施形態１の広角撮像装置の動作を説明する概略図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、実施形態１の広角撮像装置がそれぞれ図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃの状態にあるときに、撮像素子で撮影可能な視野範囲を示す図である。図５Ｄは、実施形態１の広角撮像装置の全視野範囲を示す図である。
【図６】図６Ａは、実施形態１の広角撮像装置により対象物を撮影している様子を示す概略図である。図６Ｂは、図６Ａの広角撮像装置により撮影された画像をモニターに表示した様子を示す図である。
【図７】図７Ａは、一体成形された２個のプリズムを示す斜視図である。図７Ｂは、図７ＡのＸ−Ｘ線断面図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、異なる視野切替光学系を示す概略図である。図８Ｃは、プリズムの異なる断面形状を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態２による広角撮像装置を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態２による広角撮像装置の一部分解した斜視図である。
【図１１】図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ及び図１１Ｄは、実施形態２の広角撮像装置において異なるプリズムがカメラの前に配置されている様子と、それぞれの視野範囲を示す図である。図１１Ｅは、実施形態２の広角撮像装置の全視野範囲を示す図である。
【図１２】図１２Ａは、実施形態２の広角撮像装置により対象物を撮影している様子を示す概略図である。図１２Ｂは、図１２Ａの広角撮像装置により撮影された画像をモニターに表示した様子を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態２による別な広角撮像装置の一部分解した斜視図である。
【図１４】図１４は、実施形態２の広角撮像装置における視野切替光学系を示す図である。
【図１５】図１５Ａは、図１４に示す第１プリズムの、図１４のＹ方向から見た図である。図１５Ｂは、図１４に示す第１プリズムの、図１４のＺ方向から見た図である。図１５Ｃは、図１４に示す第３プリズムの、図１４のＹ方向から見た図である。図１５Ｄは、図１４に示す第３プリズムの、図１４のＺ方向から見た図である。
【図１６】図１６は、図１４の視野切替光学系から不要部分を取り除き、各プリズムの配置を入れ替えた視野切替光学系を示す図である。
【図１７】図１７Ａは、図１６に示す第１プリズムの、図１６のＹ方向から見た図である。図１７Ｂは、図１６に示す第１プリズムの、図１６のＺ方向から見た図である。図１７Ｃは、図１６に示す第３プリズムの、図１６のＹ方向から見た図である。図１７Ｄは、図１６に示す第３プリズムの、図１６のＺ方向から見た図である。
【図１８】図１８は、図１６の視野切替光学系から、さらに各プリズムの配置を入れ替えた視野切替光学系を示す図である。
【図１９】図１９Ａ及び図１９Ｂは、屈折式のプリズムと反射式のプリズムを一体化した視野切替光学系を示す斜視図である。
【図２０】図２０は、図１９Ａ及び図１９Ｂの視野切替光学系を示す正面図である。
【図２１】図２１Ａは、図２０の視野切替光学系を構成する光学ブロックを示す正面図である。図２１Ｂは、図２１Ａの下面図である。図２１Ｃ及び図２１Ｄは、図２１Ｂの左側面図と右側面図である。
【図２２】図２２Ａ及び図２２Ｂは、本発明の実施形態３による広角撮像装置を示す概略斜視図である。
【図２３】図２３Ａ及び図２３Ｂは、実施形態３の広角撮像装置の正面図である。
【図２４】図２４Ａ及び図２４Ｂは、本発明の実施形態４による広角撮像装置を示す正面図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施形態５による広角撮像装置を示す斜視図である。
【図２６】図２６は、広角撮像装置の画像処理部を示す図である。
【図２７】図２７は、画像処理部による画像処理工程を示すフロー図である。
【図２８】図２８は、画像処理部による画像処理工程を示す別なフロー図である。
【図２９】図２９Ａ−図２９Ｅは、画像処理部により画像が補正される様子を示す概略図である。
【図３０】図３０Ａ、図３０Ｂ及び図３０Ｃは、それぞれ広角撮像装置で使用する屈折式のプリズムを示す平面図である。
【図３１】図３１Ａ及び図３１Ｂは、それぞれ広角撮像装置で使用する別なプリズムを示す平面図である。
【図３２】図３２は、広角撮像装置で使用する反射式のプリズムを示す平面図である。
【図３３】図３３Ａは、画素領域が横長となるように配置された撮像素子を示す正面図である。図３３Ｂは、画素領域が縦長となるように配置された撮像素子を示す正面図である。図３３Ｃは、撮像素子の縦方向の画角を示す図である。
【図３４】図３４は、室内に設置されたエアコンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。
【００３１】
（実施形態１）
図２は、本発明の実施形態１による広角撮像装置２１を示す斜視図である。図３は、広角撮像装置２１における光学系駆動機構２８の一例を示す斜視図である。
【００３２】
広角撮像装置２１は、図２に示すように、カメラ２２と視野切替光学系２３からなる。視野切替光学系２３は、第１プリズム２４と第２プリズム２５を上下に積み重ねたものであり、上下に移動可能となっている。
【００３３】
図３に示すように、カメラ２２は、ＣＣＤなどの撮像素子２６と、１枚又は複数枚からなる結像用のレンズ２７を備えている。そして、レンズ２７を通して入射した光の画像を撮像素子２６に結像させ、撮像素子２６により画像が電気信号に変換される。
【００３４】
視野切替光学系２３は、屈折式の第１プリズム２４と屈折式の第２プリズム２５からなる。第１プリズム２４は、テーブル２９の上面に接着剤により固定されている。第２プリズム２５は、第１プリズム２４の上面に接着剤により固定されている。第１プリズム２４と第２プリズム２５は同じ形状のプリズムであって、レンズ２７の光軸と平行でレンズ２７の光軸を含む上下方向の垂直面に関して対称な形状となるように配置されている。
【００３５】
第１プリズム２４と第２プリズム２５は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、水平な上面及び下面、側面３７、背面３８、傾斜面３９、湾曲面４０によって囲まれている。側面３７は上面及び下面と直交する平面である。背面３８は、上面、下面及び側面３７と直交する平面である。傾斜面３９はプリズム２４、２５の背面側に位置していて背面３８に対して傾いた平面である。湾曲面４０は、プリズム２４、２５の前面側に位置していて略弧状に湾曲している。第１及び第２プリズム２４、２５は、レンズ２７の光軸Ｃが背面３８と垂直となり、またレンズ２７の光軸Ｃが傾斜面３９と湾曲面４０を通過するように配置される。よって、レンズ２７の光軸Ｃよりも側面３７側へ傾いた視野から入射した画像の光は、湾曲面４０と傾斜面３９で屈折して、レンズ２７によって撮像素子２６に結像させられる。すなわち、カメラ２２の前に第１又は第２プリズム２４、２５を配置することにより、カメラ２２の前方（撮像素子２６又はレンズ２７の光軸方向）から比較的傾きの小さな方向の画像をカメラ２２で撮影することができる。
【００３６】
視野切替光学系２３は、図３に示すような光学系駆動機構２８によって上下に移動させられる。光学系駆動機構２８は、視野切替光学系２３を設置するためのテーブル２９を有し、テーブル２９はスライド軸３０の上端に固定されている。スライド軸３０は、広角撮像装置２１を組み込まれている機器のフレームなどに固定されたスリーブ３１に挿通されており、スリーブ３１に保持されながら上下にスライド自在となっている。また、スライド軸３０の下端にはカム当接板３２が設けられており、スリーブ３１の下面とカム当接板３２の上面との間にはスプリング３３（圧縮バネ）が介在している。カム当接板３２の下方には円板状をしたカム３６が位置しており、カム当接板３２は、その中心から偏心した位置でモータ３４のモータ軸３５に固定されている。よって、カム当接板３２は、スプリング３３の弾性力によって下方へ付勢されており、カム当接板３２の下面がカム３６の外周面に当接している。
【００３７】
この光学系駆動機構２８においては、モータ３４によってカム３６を回転させると、カム３６がスプリング３３の弾性力に抗してカム当接板３２を押し上げ、上死点と下死点の間でスライド軸３０が上下する。その結果、光学系駆動機構２８によって第１プリズム２４と第２プリズム２５が上下動する。
【００３８】
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、光学系駆動機構２８により視野切替光学系２３を昇降させた状態を表している。図４Ａは、光学系駆動機構２８によってテーブル２９が上死点まで上がった状態を表しており、このときには第１プリズム２４が撮像素子２６の前方に位置している。図４Ｂは、テーブル２９がある中間点に位置する状態を表しており、このときには第２プリズム２５が撮像素子２６の前方に位置している。図４Ｃは、光学系駆動機構２８によってテーブル２９がある下死点まで下がった状態を表しており、このときには第１及び第２プリズム２４、２５は撮像素子２６よりも下方へ下がっていて、撮像素子２６の前方は開放されている。
【００３９】
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、それぞれ右方向、左方向、あるいは正面方向の画像がカメラ２２で撮影される様子を表している。図５Ａは、図４Ａのようにカメラ２２の前方に第１プリズム２４が位置している場合であって、右側からの光Ｌが第１プリズム２４で屈折させられてカメラ２２に入射し、右側の視野内の画像が撮像素子２６に結像される。図５Ｂは、図４Ｂのようにカメラ２２の前方に第２プリズム２５が位置している場合であって、左側からの光Ｌが第２プリズム２５で屈折させられてカメラ２２に入射し、左側の視野内の画像が撮像素子２６に結像される。図５Ｃは、図４Ｃのようにカメラ２２の前方から第１プリズム２４も第２プリズム２５も除かれた場合であって、前方の視野内の画像が撮像素子２６に結像される。よって、広角撮像装置２１によれば、図４Ａ−図４Ｃのように光学系駆動機構２８で視野切替光学系２３を上下させてカメラ２２で撮影することにより、図５Ｄのように実質的に画角θを広げることができる。しかも、視野切替光学系２３として屈折式のプリズムを用いているので、光軸方向に対して比較的小さな傾きの方向を撮影する場合でもプリズムが前方へ大きく飛び出ることがなく、広角撮像装置２１の前後方向の寸法（厚さ）を小さくでき、機器への組み込みも容易になる。
【００４０】
図６Ａは、カメラ２２の前方に人がいて、右側に家具があり、左側に犬がいる状況を示す。視野切替光学系２３がない場合には前方の人しか撮影（又は監視）することができないが、広角撮像装置２１では、図４Ａ−図４Ｃのように視野切替光学系２３の高さを順次切り替えて撮影することにより右方向の家具や左方向の犬も撮影することができる。そして、図６Ｂのように撮影した左側、前方、右側の各画像を並べてモニター画面４１に表示させれば、広角のパノラマ画像を得ることができ、広い範囲を監視することができる。
【００４１】
しかも、プリズムを切り替えることである視野方向からの画像を撮像素子２６の全体で撮影することができるので、撮像素子の画素領域（撮像領域）を分割して各視野方向からの画像を一度に撮影するものに比較して、撮像素子２６が大型化することがなく、広角撮像装置２１をコンパクトにできる。あるいは、同じ大きさの撮像素子であれば、画像の精細度を向上させることができる。
【００４２】
なお、実施形態１の変形例としては、１つのプリズム、たとえばプリズム２４、２５のうちいずれか一方のみのプリズムを用い、当該プリズムがカメラの前に位置した状態と、カメラの前面からプリズムを外した状態とに切り替えて、カメラの前方の視野と左右何れかの斜め方向の視野をモニターできるようにしてもよい。これとは反対に、３個以上のプリズムを用いてそれぞれ異なる視野方向の画像を撮影できるようにしてもよい。また、後述のような反射式のプリズムやミラーと組みあわせることも可能である。
【００４３】
また、複数個のプリズムを用いる場合には、複数個のプリズムを一体成形してもよい。たとえば、図７は、２個の屈折式のプリズム２４、２５を一体成形した視野切替光学系を表している。
【００４４】
上記実施形態においては、２次元形状の同じプリズムを対称に配置していたが、視野切替光学系２３は、このような光学系に限らない。たとえば、図８Ａに示すように同じ形状のプリズムをプリズム２４、２５として用いて非対称に配置してもよい。また、図８Ｂに示すように異なる形状のプリズムをプリズム２４、２５として組み合わせてもよい。プリズムを非対称に配置したり、異なる形状のプリズムを組み合わせたりすることにより、左右で異なる視野方向からの画像を撮影することが可能になる。さらに、プリズムは、水平断面が変化していてもよい。たとえば、図８Ｃに示すようにプリズム２４、２５の１又は２以上のいずれかの面が上下方向に沿って湾曲していてもよい。いずれかの面を上下方向に湾曲させれば、上下方向における画像の歪みを補正することが可能になる。なお、プリズムに関するこれらの変更点は、以下の実施形態においても適用される。
【００４５】
（実施形態２）
図９は、本発明の実施形態２による広角撮像装置５１を示す斜視図である。図１０は、広角撮像装置５１の一部分解した斜視図である。
【００４６】
広角撮像装置５１の光学系駆動機構２８は、ガイドレール５２と、ガイドレール５２に沿って移動するスライダ５３と、スライダ５３を移動させる駆動部５４とからなる。ガイドレール５２は、上下方向に延びた左右２本のレール溝５５を有している。また、ガイドレール５２のレール溝５５間には開口５９が設けられており、当該開口５９からカメラ２２の前面が露出している。
【００４７】
スライダ５３は、ガイドレール５２のレール溝５５に嵌合する突起５６を両側面に備える。スライダ５３は、突起５６をガイドレール５２のレール溝５５に摺動自在に嵌合されており、レール溝５５に沿って上下方向にスライド可能になっている。スライダ５３は、ほぼ額縁状の形状を有しており、その内側には、屈折型の第１プリズム２４、屈折型の第２プリズム２５、反射式の第３プリズム５７、反射式の第４プリズム５８が保持されている。このプリズム５７、５８は、表面又は内部に金属蒸着膜を形成してミラー面（５７ａ、５８ａ）を形成したものである。なお、反射式のプリズム５７、５８としては、空気との界面（表面）で光を全反射させるようにしたものでもよく、また反射式のプリズム５７、５８に代えて金属鏡のようなミラーを用いてもよい。
【００４８】
略Ｕ形をした雌ネジ部６１の内面には雌ネジが形成されており、雌ネジ部６１の固定部６０がスライダ５３の側面にネジ止めされている。一方、ガイドレール５２の側方には、取付部６２が延出されており、取付部６２に駆動部５４が固定されている。駆動部５４においては、ネジ軸支持板６３の上面にパルスステップモータやサーボモータなどのモータ６４が固定されている。また、ネジ軸支持板６３の下面にはネジ軸６５の下端部が回転自在に枢支されており、ネジ軸６５の上端はモータ６４に連結されている。スライダ５３をガイドレール５２に取り付けるとき、雌ネジ部６１の雌ネジがネジ軸６５に押し付けられてネジ軸６５と噛み合わされる。なお、カメラ２２は、回路基板６６に実装されている。
【００４９】
しかして、モータ６４によってネジ軸６５を正回転又は逆回転させると、ネジ軸６５と噛み合っている雌ネジ部６１がネジ軸６５の軸方向に沿って走行し、それによってスライダ５３が上下に移動する。
【００５０】
第１プリズム２４と第２プリズム２５は、図１１Ｃ及び図１１Ｂに示すように、実施形態１の場合と同じく光軸Ｃに対して比較的小さな傾きの方向からの光を撮像素子２６に集光させるものである。第３プリズム５７と第４プリズム５８は、図１１Ｄ及び図１１Ａに示すように、光軸Ｃに対して比較的大きく傾いた方向からの光を撮像素子２６に集光させるものである。第１プリズム２４と第２プリズム２５は、光軸Ｃに対して比較的小さな傾きの方向からの光を撮像素子２６に集光するものであるが、透過する光線を屈折させることによって集光させるので、前後方向の厚みを小さくできる。また、第３プリズム５７と第４プリズム５８は、プリズムの壁面（ミラー面５７ａ、５８ａ）で光線を反射させて集光するものであるが、光軸Ｃに対して大きく傾いた方向からの光を集光させるようにしているので、プリズム５７、５８の前後方向の厚みも比較的小さくすることができる。
【００５１】
各プリズム５７、２４、２５、５８はいずれも、スライダ５３を移動させることによって、図１１Ａ−図１１Ｄのようにカメラ２２の前面で静止させられるようになっている。したがって、順次プリズム５７、２４、２５、５８をカメラ２２の前面で静止させてカメラ２２で撮影することにより図１１Ｅのように広い画角θ（画角）をモニターすることが可能になる。
【００５２】
図１２Ａは、カメラ２２の前方左側と前方右側にそれぞれ犬がいて、左端に人が立ち、右端に家具がある。広角撮像装置５１によれば、図１１Ａ−図１１Ｄのように各プリズム５８、２５、２４、５７の位置を順次切り替えて撮影することにより視野方向を切り替えて撮影できる。そして、図１２Ｂのように撮影した各画像を並べてモニター画面４１に表示させれば、広角のパノラマ画像を得ることができ、広い範囲を監視することができる。
【００５３】
なお、実施形態２の光学系駆動機構２８は、２個又は３個のプリズム又はミラーを移動させる場合や５個以上のプリズム又はミラーを移動させる場合にも用いることができる。図１３は、その一例であって、スライダ５３に２個のプリズム２４、２５を取り付けた広角撮像装置を表している。
【００５４】
視野切替光学系２３、たとえば実施形態２の視野切替光学系２３は、以下のようにして小型化することができる。図１４は、実施形態２の視野切替光学系２３に用いられている各プリズム５８、２５、２４、５７を示す正面図である。また、図１５Ａ及び図１５Ｂは、第１プリズム２４のＹ方向から見た下面図とＺ方向から見た側面図である（第２プリズム２５のＹ方向から見た下面図とＺ方向から見た側面図は、それぞれ図１５Ａの第１プリズム２４の下面図及び図１５Ｂの第１プリズム２４の側面図と左右対称に表現される。）。図１５Ｃ及び図１５Ｄは、第３プリズム５７のＹ方向から見た下面図とＺ方向から見た側面図である（第４プリズム５８のＹ方向から見た下面図とＺ方向から見た側面図は、それぞれ図１５Ｃの第３プリズム５７の下面図及び図１５Ｄの第３プリズム５７の側面図と左右対称に表現される。）。
【００５５】
図１４において第３プリズム５７と第４プリズム５８に記載し、図１５Ｃ及び図１５Ｄにおいて第３プリズム５７（第４プリズム５８では、図１５Ｃ及び図１５Ｄと対称な図となる。）に記載している光線Ｌは、プリズム５７、５８によって撮像素子２６に集光させようとする視野からの光のほぼ境界部分の光を表している。プリズム５７、５８のうち上記光Ｌよりも外の部分は必須ではないので、光Ｌよりも若干外側に位置する図１４、図１５Ｃ及び図１５Ｄの一点鎖線６７でプリズム５７、５８をカットする。すなわち、図１４及び図１５Ｄに示すようにプリズム５７、５８の上下を斜めにカットし、また図１５Ｃに示すようにプリズム５７、５８の背面も斜めにカットする。
【００５６】
同様に、図１４において第１プリズム２４と第２プリズム２５に記載し、図１５Ａ及び図１５Ｂにおいて第１プリズム２４（第２プリズム２５では、図１５Ａ及び図１５Ｂと対称な図となる。）に記載している光線Ｌは、プリズム２４、２５によって撮像素子２６に集光させようとする視野からの光のほぼ境界部分の光を表している。プリズム２４、２５のうち上記光Ｌよりも外の部分は必須ではないので、光Ｌよりも若干外側に位置する図１４、図１５Ａ及び図１５Ｂの一点鎖線６８でプリズム２４、２５をカットする。すなわち、図１４及び図１５Ｂに示すようにプリズム２４、２５の上下を斜めにカットし、また図１５Ａに示すようにプリズム２４、２５の背面も斜めにカットする。
【００５７】
図１６は、このようにして不要部分をカットした第１プリズム２４、第２プリズム２５、第３プリズム５７及び第４プリズム５８を示す正面図である。また、図１７Ａ及び図１７Ｂは、カット後の第１プリズム２４のＹ方向から見た下面図とＺ方向から見た側面図である（第２プリズム２５のＹ方向から見た下面図とＺ方向から見た側面図は、それぞれ図１７Ａの第１プリズム２４の下面図及び図１７Ｂの第１プリズム２４の側面図と左右対称に表現される。）。図１７Ｃ及び図１７Ｄは、カット後の第３プリズム５７のＹ方向から見た下面図とＺ方向から見た側面図である（第４プリズム５８のＹ方向から見た下面図とＺ方向から見た側面図は、それぞれ図１７Ｃの第３プリズム５７の下面図及び図１７Ｄの第３プリズム５７の側面図と左右対称に表現される。）。図１６に示す視野切替光学系では、さらに第３プリズム５７と第４プリズム５８が隣どうしとなるようにプリズム２４、２５、５７、５８を再配置している。第３プリズム５７と第４プリズム５８を隣合わせれば、両プリズム５７、５８の斜めにカットされた部分を接近させることができるので、プリズムの配置領域の高さＨ（視野切替光学系のＺ方向から見たときの長さ）を短くでき、広角撮像装置５１を小型化することができる。
【００５８】
また、図１４の配置では、各プリズム５８、２５、２４、５７を通ってカメラ２２に入射する光Ｌの視野方向（あるいは、各プリズムに入いる光の入射方向）は、第４プリズム５８と第２プリズム２５とではいずれも右方向となっており、第１プリズム２４と第３プリズム５７ではいずれも左方向となっている。このように隣り合ったプリズムに入射する光の視野方向が同じ方向であると光路が妨害されたり干渉したりするので、図１４に示すように視野方向が同じ方向を向いたプリズム間では、光路の妨害を防ぐためにその間隔ｄを広くしなければならず、プリズムの配置領域の高さＨが大きくなる。これに対し、図１６の配置では、各プリズム２５、２４、５７、５８を通ってカメラ２２に入射する光Ｌの視野方向は、交互に右方向又は左方向を向いている。このように隣り合ったプリズムに入射する光の視野方向が交互に逆方向になっていると光路が妨害されたり干渉したりしにくいので、プリズムの配置領域の高さＨを小さくでき、広角撮像装置５１をより小型化することができる。
【００５９】
図１８は、さらに小型化した視野切替光学系を示す正面図である。この視野切替光学系では、第３プリズム５７と第４プリズム５８を隣合わせに配置し、第４プリズム５８の上方に第１プリズム２４を配置し、第３プリズム５７の下方に第２プリズム２５を配置している。このような配置によれば、第３プリズム５７と第４プリズム５８の斜めにカットされた部分を接近させることができ、さらに第４プリズム５８のカットされた部分に第１プリズム２４を入り込ませて配置でき、第３プリズム５７のカットされた部分に第２プリズム２５を入り込ませて配置できる。この結果、図１６のように第１プリズム２４と第２プリズム２５を隣合わせに配置する場合よりも、配置領域の高さＨを短くでき、広角撮像装置５１をより小型化することができる。
【００６０】
図１９Ａ、図１９Ｂは、プリズムどうしを一体化した光学ブロック６９ａ、６９ｂを用いた視野切替光学系を示す斜視図である。図２０は、当該視野切替光学系の正面図である。また、図２１Ａ−図２１Ｄは、各光学ブロック６９ａ、６９ｂの正面図、下面図、左側面図及び右側面図である。光学ブロック６９ａは、第１プリズム２４と第３プリズム５７が一体成形されており、両プリズム２４、５７は結合部７０によって結合されている。同様に、光学ブロック６９ｂは、第２プリズム２５と第４プリズム５８が一体成形されており、両プリズム２５、５８は結合部７０によって結合されている。そして、光学ブロック６９ａと光学ブロック６９ｂを組みあわせることにより、ほぼ図１８と同様な配置の視野切替光学系を構成している。なお、この視野切替光学系では、プリズム５７、５８の上下面は後方ですぼまるように傾斜しており、プリズム２４、２５の前面端部を斜めにカットしているので、図２０に示すように正面から見たときに第１プリズム２４と第４プリズム５８が一部重なり合い、第２プリズム２５と第３プリズム５７も一部重なりあっており、配置領域の高さ（Ｈ）をより短くできる。
【００６１】
（実施形態３）
図２２は、本発明の実施形態３による広角撮像装置７１を示す概略斜視図である。図２３Ａ及び図２３Ｂは、広角撮像装置７１の構造と動作を示す正面図である。本発明の実施形態３による広角撮像装置７１では、第１プリズム２４及び第２プリズム２５を回転させて切り替えるようにしている。
【００６２】
図２３Ａ、図２３Ｂに示すように、広角撮像装置７１では、モータ７２によって回転させられる回転板７３の外周部に第１プリズム２４と第２プリズム２５を固定している。第１プリズム２４と第２プリズム２５は、回転板７３の外周部の円周方向にずれた位置において、一部が回転板７３の縁から飛び出るように固定されている。そして、モータ７２で回転板７３を回転させることによりカメラ２２の前方に第１プリズム２４を配置し、あるいは第２プリズム２５を配置するようにしている。かかる実施形態によれば、光学系駆動機構２８の構造を簡単にすることができる。
【００６３】
なお、本実施形態は、３個以上のプリズムの場合にも用いることができる。
【００６４】
（実施形態４）
図２４Ａ及び図２４Ｂは、本発明の実施形態４による広角撮像装置８１の構造と動作を示す正面図である。本発明の実施形態４による広角撮像装置８１では、第１プリズム２４と第２プリズム２５を横に並べて配置し、その光学系駆動機構２８を実施形態１の光学系駆動機構２８を横に倒した構造とし、第１プリズム２４と第２プリズム２５を左右に移動させて切り替えるようにしている。
【００６５】
また、図示しないが、本実施形態の光学系駆動機構２８としては、実施形態２の光学系駆動機構２８を横に倒した構造のものとすることも可能である。
【００６６】
（実施形態５）
図２５は、本発明の実施形態５による広角撮像装置９１の概略斜視図である。この広角撮像装置９１では、画素領域が縦長となるように撮像素子２６を配置し、撮像素子２６の画素領域を仮想的に下側領域２６ａと上側領域２６ｂに分割し、下側領域２６ａに対向させて第１プリズム２４を配置し、上側領域２６ｂに対向させて第２プリズム２５を配置している。しかして、右側の視野からの光Ｌ４は、第１プリズム２４で屈折され、レンズ２７によって下側領域２６ａに結像される。また、左側の視野からの光Ｌ５は、第２プリズム２５で屈折され、レンズ２７によって上側領域２６ｂに結像される。よって、かかる実施形態によれば、左右の視野の画像を同時にモニターすることができ、光学系駆動機構が不要となる。
【００６７】
（画像処理について）
つぎに、図２６−図２９により、本発明に係る広角撮像装置９２に用いられる画像処理部９４について説明する。屈折式又は反射式の広角撮像装置９２を通してカメラ２２で撮像された画像は、歪みを有している。たとえば、図２９Ａのような被写体９６を撮影した場合、屈折式のプリズム９３を通した画像は図２９Ｂのように歪み、反射式のプリズム９３を通した画像は図２９Ｄのように歪む。したがって、カメラ２２から出力された画像データは、マイクロプロセッサなどで構成された画像処理部９４によって元の被写体に近い画像となるように画像処理される。なお、メモリ９５は、画像処理部９４との間でデータのやり取りをしたり、画像データを一時的に保存したりするものである。
【００６８】
図２７は、屈折式のプリズムのみが用いられている場合の画像処理部９４による画像処理工程を表している。画像処理部９４は、撮像素子２６から画像データを取得すると（ステップＳ１１）、取得した画像データをメモリ９５へ転送する（ステップＳ１２）。そして、メモリ９５内の画像データに対して歪み補正処理を施す（ステップＳ１３）。この結果、図２９Ｂの歪んだ画像は画素データの位置を再配列されることによって補正され、図２９Ｃの画像のように歪みを除去される。この後、画像処理部９４は画像の精細化や顔認識など用途に応じた画像処理を行い（ステップＳ１４）、画像処理されたデータを外部のインターフェースへ出力する（ステップＳ１５）。
【００６９】
また、図２８は、反射式のプリズムが用いられている場合の画像処理部９４による画像処理工程を表している。画像処理部９４は、撮像素子２６から画像データを取得すると（ステップＳ２１）、取得した画像データをメモリ９５へ転送する（ステップＳ２２）。そして、メモリ９５内の画像データに対して歪み補正処理を施す（ステップＳ２３）。この結果、図２９Ｄの歪んだ画像は図２９Ｅの画像のように歪みを除去される。反射式のプリズムを通した画像は反転しているので、画像処理部９４はさらに画像の反転補正処理を行い（ステップＳ２４）、図２９Ｃのように画像の向きを補正する。この後、画像処理部９４は画像の精細化や顔認識など用途に応じた画像処理を行い（ステップＳ２５）、画像処理されたデータを外部のインターフェースへ出力する（ステップＳ２６）。
【００７０】
（プリズムについて）
上記各実施形態において用いられている第１及び第２プリズム２４、２５としては、種々の形状のプリズムを用いることができる。図３０Ａ−図３０Ｃ、図３１Ａ及び図３１Ｂは、種々のプリズム２４、２５のうちの数例を表している。第１及び第２プリズム２４、２５はこれらに限るものではない。図３０Ａ−図３０Ｃ、図３１Ａ及び図３１Ｂに示すプリズム２４、２５は２次元形状のプリズムであって、水平な任意の断面が図３０Ａ−図３０Ｃ、図３１Ａ及び図３１Ｂと同じ形状を有している。
【００７１】
図３０Ｂに示すプリズム２４、２５（実施形態１で説明したプリズムである。）は、背面側が背面３８と、背面３８に対してβ＝３０°の傾きを有する後傾斜面４２（平面）とからなり、前面側が背面３８に対してγ＝７°の傾きを有する前傾斜面４３（平面）となっている。また、プリズム２４、２５の屈折率は１.５としている。次の表１は、レンズ２７の光軸Ｃに対して＋２３.５°、０°、−２３.５°の角度でレンズ２７に入射するそれぞれの光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が、図３０Ｂのプリズム２４、２５を通過する際の挙動を表している。
【表１】
2014164216.tif 000003
【００７２】
ここで、表１の屈折光（後傾斜面）の欄に示した数値は、後傾斜面４２からプリズム２４、２５内に入射した光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が光軸Ｃに対してなす角度を表している。表１の屈折光（前傾斜面）の欄に示した数値は、前傾斜面４３からプリズム外へ出射した光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が光軸Ｃに対してなす角度を表している。表１の曲り角の欄に示した数値は、プリズム２４、２５を通過した光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の方向の変化（すなわち、後傾斜面４２に入射する前の光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と前傾斜面４３から出射した後の光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３との間の光線方向の変化）を表している。
【００７３】
また、図３０Ｃに示すプリズム２４、２５は、背面側がδ＝１５°の傾きを有する後傾斜面４２（平面）となり、前面側がε＝２０°の傾きを有する前傾斜面４３（平面）となっている。プリズム２４、２５の屈折率は１.５としている。次の表２は、レンズ２７の光軸Ｃに対して＋２５°、０°、−２５°の角度でレンズ２７に入射するそれぞれの光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が、図３０Ｃのプリズム２４、２５を通過する際の挙動を表している。なお、表２の屈折光（後傾斜面）、屈折光（前傾斜面）、曲り角の各欄に示した数値の意味は、表１と同じである。
【表２】
2014164216.tif 000004
【００７４】
一方、図３０Ａに示すプリズム２４、２５では、傾斜面３９が背面３８に対してなす傾きαが３０°で、屈折率が１.５であるとき、レンズ２７の光軸Ｃに対して＋２５°、０°、−２５°の角度でレンズ２７に入射するそれぞれの光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の挙動は表３のようになる。
【表３】
2014164216.tif 000005
【００７５】
表３においても、屈折光（後傾斜面）、屈折光（前傾斜面）、曲り角の各欄に示した数値の意味は、表１と同じである。また、接線角の欄に示した数値は、各光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が湾曲面４０を通過する点における湾曲面４０の接線が光軸Ｃに直交する方向となす角度である。
【００７６】
図３０Ｂや図３０Ｃのように平面のみで構成されたプリズム２４、２５では、画角全域（図３０Ｂのプリズム２４、２５では入射光：−２３.５°〜＋２３.５°、図３０Ｃのプリズム２４、２５では入射光：−２５°〜＋２５°）で曲り角の間隔が大きくばらついており、撮影された画像の歪みが大きい。これに対し、図３０Ａのようにプリズム２４、２５の前面（被写体側の面）を凸曲面とすれば、画角全域で曲り角の間隔のばらつきを小さくでき、撮影された画像の歪みも抑制される。ただし、図３０Ａのプリズム２４、２５では、無調整であると焦点位置にずれが生じるおそれがあるが、レンズ２７の位置を撮像素子２６側へずらせることで焦点を合わせることができる。
【００７７】
図３１Ａに示すプリズム２４、２５は、背面を凹曲面４４とし、前面を平面４５としたものである。また、図３１Ｂに示すプリズム２４、２５は、背面を凹曲面４４とし、前面を凸曲面４６としたものである。図３１Ａや図３１Ｂのようなプリズム２４、２５でも、画角全域で曲り角の間隔のばらつきを小さくでき、撮影された画像の歪みも抑制することができる。すなわち、光線の通る領域でプリズムの前面と背面のうち少なくとも一方の面を曲面で構成すれば、曲り角の間隔のばらつきが小さくなり、撮影された画像の歪みをも抑制できる。また、図３１Ｂのプリズム２４、２５のように前面と背面の両面を曲面とする場合には、当該プリズム２４、２５により画像を結像させることができるので、レンズ２７を省略するような設計も可能である。
【００７８】
以上においては、屈折式のプリズムについて述べたが、反射式のプリズムについても同様である。すなわち、図３０や図３１に示したような各プリズムを基礎にして前面側の面の傾斜角度を調整することにより反射式のプリズムとすることもできる。
【００７９】
図３２は、反射式のプリズム５７、５８の設計例を示す。図３２に示すプリズム５７、５８は、背面４８と、背面４８に対してζ＝５８.５°の傾きを有する第１傾斜面４９と、背面４８に対してη＝６３°の傾きを有する第２傾斜面５０とからなる。プリズム５７、５８の屈折率は１.５としている。次の表４は、レンズ２７の光軸Ｃに対して＋２３.５°、０°、−２３.５°の角度でレンズ２７に入射するそれぞれの光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が、図３２のプリズム５７、５８を通過する際の挙動を表している。
【表４】
2014164216.tif 000006
【００８０】
ここで、表４の屈折光（背面）の欄に示した数値は、背面４８からプリズム５７、５８内に入射した光線Ｌ２が光軸Ｃに対してなす角度を表している。表４の反射光（第１傾斜面）の欄に示した数値は、第１傾斜面４９で反射した光線Ｌ２が光軸Ｃに対してなす角度を表している。表４の屈折光（第２傾斜面）の欄に示した数値は、第２傾斜面５０で反射した光線Ｌ２が光軸Ｃに対してなす角度を表している。表４の曲り角の欄に示した数値は、プリズム５７、５７を通過した光線Ｌ２の方向の変化（すなわち、背面４８に入射する前の光線Ｌ２と第２傾斜面５０から出射した後の光線Ｌ２との間の光線方向の変化）を表している。なお、光線Ｌ１、Ｌ３については、表４に数値を記載していないが、これらは計算によって容易に求めることができる。もっとも、背面４８や第２傾斜面５０を透過する際の光線方向の変化は、第１傾斜面４９で反射したことによる光線方向の変化に比べて小さいので、光線Ｌ１、Ｌ３の曲り角は光線Ｌ２の曲り角に対してほぼ±２３.５°の値を持つことが分かる。
【００８１】
また、複数個のプリズムを用いる場合には、複数個のプリズムを一体成形してもよい。たとえば、図７は屈折式のプリズムどうしを一体成形した視野切替光学系２３を表し、図１９−図２１は、屈折式のプリズムと反射式のプリズムーとを一体成形した視野切替光学系２３を表している。
【００８２】
（撮像素子の配置について）
つぎに、上記各実施形態における撮像素子２６の配置について述べる。一般に、撮像素子の画素領域は縦方向の長さと横方向の長さが異なっている。たとえば、縦横比が９：１６や、３：４となっている。撮像素子２６は、図３３Ａに示すように、画素領域４７の横方向長さＤ１が縦方向長さＤ２よりも大きくなるよう横長で用いられることが多い。しかし、広角撮像装置２１においては、撮像素子２６は、図３３Ｂに示すように、画素領域４７の横方向長さＤ１が縦方向長さＤ２よりも小さくなるようして縦長で用いることが好ましい。撮像素子２６を縦長で用いれば、図３３Ｃに示すように撮像素子２６の縦方向の画角がφ２となり、撮像素子２６を横長に用いたときの縦方向の画角φ１よりも広くすることができる。広角撮像装置２１では、横方向の画角は視野切替光学系２３によって広げられているので、撮像素子２６を縦長に用いて縦方向の画角を広げることで、広角撮像装置２１により広範囲を撮影可能になる。なお、広角撮像装置２１による撮影の目的は、物体の検出などの画像処理であるため、撮像素子で撮影する画像が９０°回転していても問題ない。
【００８３】
（応用）
図３４は、本発明に係る広角撮像装置１０２を組み込んだエアコン１０１を示す。この実施形態では、広角撮像装置１０２によって室内における人の位置や人数をモニターし、人数によって室内設定温度を自動調整したり、人のいる方向へ直接風を吹き付けないようにしている。このようなエアコン１０１において、本発明の広角撮像装置１０２を用いれば、広い室内であっても室内を複数領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に区切り、順次各領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３における人の有無などをモニターすることができる。
【００８４】
本発明に係る広角撮像装置は、画像センサ、人体検知センサ、顔検出センサなどに用いることができ、またエアコン以外の電子機器にも組み込むことができる。
【符号の説明】
【００８５】
２１、５１、７１、８１、９１、１０２      広角撮像装置
２２      カメラ
２３      視野切替光学系
２４      第１プリズム
２５      第２プリズム
２６      撮像素子
２６ａ      下側領域
２６ｂ      上側領域
２８      光学系駆動機構
４１      モニター画面
４７      画素領域
５７      第３プリズム
５８      第４プリズム
１０１      エアコン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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