(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光偏向手段と撮像手段を備えた広画角範囲の撮影を行うための撮像装置における撮像方法であって、
前記光偏向手段が、
全反射面を向かい合わせた２つの全反射プリズムで構成されており、前記全反射面への入射光軸が異なる方位に設定され、前記全反射面からの出射光軸が前記撮像手段の入射光軸に一致するように設定された複数の光学素子によって、前記広画角範囲の情景を複数の所定の画角範囲の情景に分割し、
前記複数の光学素子それぞれのもつ２つの前記全反射面間の距離を電気的に制御し、光透過または光反射の２つの光伝達状態を選択して、
前記複数の所定の画角範囲の情景を前記撮像手段へ順次出力する、
ことを特徴とする広画角範囲撮像方法。
【請求項２】
前記広画角範囲が、３６０度を含むことを特徴とする前記請求項１記載の広画角範囲撮像方法。
【請求項３】
前記撮像手段が前記複数の所定の画角範囲の情景を撮像した画像が、前記広画角範囲の実情景を全て含んでいることを特徴とする前記請求項１記載の広画角範囲撮像方法。
【請求項４】
広画角範囲の撮影を行うための撮像装置であって、
情景を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像する広画角範囲の情景を複数の所定の画角範囲の情景に分割し、前記複数の所定の画角範囲の情景を時間的に順次前記撮像手段に出力する光偏向手段と、
前記撮像手段が出力する前記所定の画角範囲の画像信号を２次元画像上において、無処理または画像の回転処理の画像処理を行って出力する画像処理手段、
を備え、
前記光偏向手段が、
全反射面を向かい合わせた２つの全反射プリズムで構成されており、前記全反射面への入射光軸が異なる方位に設定され、前記全反射面からの出射光軸が前記撮像手段の入射光軸に一致するように設定されて前記撮像手段が撮像する広画角範囲の情景を複数の所定の画角範囲の情景に分割する複数の光学素子と、
前記複数の光学素子それぞれのもつ２つの前記全反射面間の距離を電気的に制御し、光透過または光反射の２つの光伝達状態を選択して、前記複数の前記所定の画角範囲の情景を前記撮像手段へ順次出力する光素子制御手段
を備えることを特徴とする広画角範囲撮像装置。
【請求項５】
前記広画角範囲が、３６０度を含むことを特徴とする前記請求項４記載の広画角範囲撮像装置。
【請求項６】
前記撮像手段が前記複数の所定の画角範囲の情景を撮像した画像が、前記広画角範囲の実情景を全て含んでいることを特徴とする前記請求項４記載の広画角範囲撮像装置。
【請求項７】
前記光素子制御手段が、圧電アクチュエータであることを特徴とする前記請求項４記載の広画角範囲撮像装置。
【請求項８】
前記光素子制御手段が、電磁的な引力及び斥力を利用した手段であることを特徴とする前記請求項４記載の広画角範囲撮像装置。
【請求項９】
前記撮像手段が、撮像素子と結像光学系を備え、前記結像光学系は、前記撮像素子の撮像面の直前に配設された結像レンズ群であることを特徴とする前記請求項４記載の広画角範囲撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像手段が、撮像素子と結像光学系を備え、前記結像光学系は、前記光偏向手段を光学系内に含むことを特徴とする前記請求項４記載の広画角範囲撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周囲３６０度を常時撮像することができる広画角範囲の撮像方法並びに撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カメラなどの映像入力装置で３６０度の範囲を撮像するためには、雲台と呼ばれる旋回装置にカメラを搭載し、その雲台を旋回させていた。旋回装置の多くは水平方向の回転に制限があり３６０度を撮像することは難しい。一方、水平方向の回転に制限がなく、エンドレスで３６０度回転する雲台も存在するが、実現するためには特殊な部品を使用するため価格が高く、また、比較的大型の可動機構を有するため摩耗や摩擦による耐久性が落ちるなどの問題点があった。
【０００３】
更に、雲台を旋回させるということは、その雲台に搭載されているカメラおよびカメラハウジングといった重量物を動かす必要があるため、雲台自体の機械的可動部分を強度の高いものにする必要があるとともに、動作させるために大量の電力を必要とするため、ランニングコストがかかるという問題点もあった。更に、雲台が重量物となることから、設置工事やメンテナンス時に多大な労力を必要とするといった問題点もあった。
【０００４】
そこで、カメラ部を上方に向けて固定し、カメラ部の上方で反射ミラーを回転させ、その反射された光をカメラで取り込むことによって３６０度の撮像を可能としたものがある。この方法によれば、機械的可動部分の重量を軽量化することができ、消費電力も削減することができる。しかし、機械的可動部分には必ず寿命があり、部品交換のための出費や電気的エネルギーの消耗等のランニングコストがかかり、これらが負担となるという問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の問題点に鑑みて成されたものであって、本発明の目的は、反射率や反射角度を電気的に制御することが可能なミラーを使用し、機械的変移を最小限にとどめ、従来の可動部が大振幅の変移を持つために起こる可動部の寿命による部品交換を必要とせず、電力の消費使用量を少なくして、ランニングコストを大幅に削減できる３６０度撮像装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる発明の広画角範囲撮像方法は、光偏向手段と撮像手段を備えた広画角範囲の撮影を行うための撮像装置における撮像方法であって、前記光偏向手段が、全反射面を向かい合わせた２つの全反射プリズムで構成されており、前記全反射面への入射光軸が異なる方位に設定され、前記全反射面からの出射光軸が前記撮像手段の入射光軸に一致するように設定された複数の光学素子によって、前記広画角範囲の情景を複数の所定の画角範囲の情景に分割し、前記複数の光学素子それぞれのもつ２つの前記全反射面間の距離を電気的に制御し、光透過または光反射の２つの光伝達状態を選択して、前記複数の所定の画角範囲の情景を前記撮像手段へ順次出力することを特徴とする。
また、本発明の請求項２に係わる発明の広画角範囲撮像方法は、前記請求項１に係わる発明記載の前記広画角範囲が、３６０度を含むことを特徴とする。
また、本発明の請求項３に係わる発明の広画角範囲撮像方法は、前記請求項１に係わる発明記載の前記撮像手段が前記複数の所定の画角範囲の情景を撮像した画像が、前記広画角範囲の実情景を全て含んでいることを特徴とする。
また、本発明の請求項４に係わる発明の広画角範囲撮像装置は、広画角範囲の撮影を行うための撮像装置であって、
情景を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像する広画角範囲の情景を複数の所定の画角範囲の情景に分割し、前記複数の所定の画角範囲の情景を時間的に順次前記撮像手段に出力する光偏向手段と、前記撮像手段が出力する前記所定の画角範囲の画像信号を２次元画像上において、無処理または画像の回転処理の画像処理を行って出力する画像処理手段、を備え、
前記光偏向手段が、
全反射面を向かい合わせた２つの全反射プリズムで構成されており、前記全反射面への入射光軸が異なる方位に設定され、前記全反射面からの出射光軸が前記撮像手段の入射光軸に一致するように設定されて前記撮像手段が撮像する広画角範囲の情景を複数の所定の画角範囲の情景に分割する複数の光学素子と、前記複数の光学素子それぞれのもつ２つの前記全反射面間の距離を電気的に制御し、光透過または光反射の２つの光伝達状態を選択して、前記複数の前記所定の画角範囲の情景を前記撮像手段へ順次出力する光素子制御手段を備えることを特徴とする。
また、本発明の請求項５に係わる発明の広画角範囲撮像装置は、前記請求項４に係わる発明記載の前記広画角範囲が、３６０度を含むことを特徴とする。
前記また、本発明の請求項６に係わる発明の広画角範囲撮像装置は、前記請求項４に係わる発明記載の前記撮像手段が前記複数の所定の画角範囲の情景を撮像した画像が、前記広画角範囲の実情景を全て含んでいることを特徴とする。
また、本発明の請求項７に係わる発明の広画角範囲撮像装置は、前記請求項４に係わる発明記載の前記前記光素子制御手段が、圧電アクチュエータであることを特徴とする。
また、本発明の請求項８に係わる発明の広画角範囲撮像装置は、前記請求項４に係わる発明記載の前記光素子制御手段が、電磁的な引力及び斥力を利用した手段であることを特徴とする。
また、本発明の請求項９に係わる発明の広画角範囲撮像装置は、前記請求項４に係わる発明記載の前記撮像手段が、撮像素子と結像光学系を備え、前記結像光学系は、前記撮像素子の撮像面の直前に配設された結像レンズ群であることを特徴とする。
また、本発明の請求項１０に係わる発明の広画角範囲撮像装置は、前記請求項４に係わる発明記載の前記撮像手段が、撮像素子と結像光学系を備え、前記結像光学系は、前記光偏向手段を光学系内に含むことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の３６０度撮像装置の一実施例を示す概要図である。
本撮像装置は、撮像レンズを備えた撮像カメラ５と、撮像カメラ５へ３６０度のパノラマ画像を形成するためのミラー光学系１０と、ミラー光学系の光学特性を制御するミラー制御部６と、撮像カメラが５が出力する映像信号を画像処理して出力する画像処理装置７から構成される。
ミラー光学系１０は、ミラーを４枚有している。ミラー１、ミラー２、ミラー３、ミラー４は、電気的制御によって、ミラーに入射された光を全反射する場合と全透過する場合に変化させることができるものである。
このミラー１から４の全反射と全透過の制御はミラー制御部６が行う。ミラー制御部６は、ミラー１から４のどれか一つのミラーを全反射とし、他３枚のミラーは全透過させるように各ミラーを制御する。
撮像カメラ５は、ミラー１から４の中の一つのミラーで反射された光を入射し、映像電気信号として出力する。その映像を画像処理装置７に入力する。画像処理装置７は、どのミラーから反射された信号かを判別し、その結果に基づいて映像を回転し映像を出力する。
【０００８】
次に、図１の動作について説明する。図２はミラー光学系１０の４つのミラーの配置の関係を斜視図で表したものであって、各ミラーへ入射するＡからＤの入射光軸が各ミラーによって反射されて、全て撮像カメラの光軸へ集まるように各ミラーの反射角度は設定されている。撮像カメラ５の光軸に垂直な面内でのＡからＤの光軸の配置関係を図示したのが図３である。図３の中心部は撮像カメラ５を入射光側から見た図であり、その前後左右にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと被写体が設置されているものとする。
【０００９】
まず、ミラー制御部６より、ミラー１が全反射、ミラー２、３、４が全透過となるように制御する。ミラー１に入射し撮像カメラ５に向かう光線は、ミラー２、３及び４を通過することがないため、この場合はミラー２、３、４を全透過としなくてもよい。このとき、図１の右方向からミラー１に入射された光（図２及び図３では光線Ａ）がミラー１で反射し、撮像カメラ５に入射される。図４を参照すると、図４（Ａ）に示すように、撮像カメラ５の右方向には被写体「Ａ」があり、ミラー１と撮像レンズを介して撮像カメラ５の撮像面に結像される。撮像カメラ５は、この像を反時計方向に９０度回転した映像として映像信号化して取り込む。撮像カメラ５は、その映像を画像処理装置７に対して出力する（図５（Ａ）−（ａ））。画像処理装置７は、映像の水平方向を合わせるため、入力された映像を時計方向に９０度回転した（図５（Ｂ）−（ａ））後に出力する（図（Ｃ）−（ａ））。
【００１０】
次に、Ｔ１時間経過後、ミラー制御部６より、ミラー２が全反射、ミラー１、３、４が全透過となるように制御する（この場合は前述と同じ理由で、ミラー１が全透過であることは必須であるが、ミラー３、４は全透過としなくてもよい）。このとき、図１の紙面後方からミラー２に入射した光図２及び図３では光線Ｂ）がミラー２で反射した後、ミラー１を透過して撮像カメラ５に入射される。以上の動作は、図４（Ｂ）に示すようになる。図４（Ｂ）のように、撮像カメラ５の後方には被写体「Ｂ」があり、撮像カメラ５には、水平方向の合った映像が取りこまれる。撮像カメラ５は、その映像を画像処理装置７に対して出力する（図５（Ａ）−（ｂ））。画像処理装置７は、そのまま映像を出力する（図５（Ｃ）−（ｂ））。
【００１１】
３番目に、Ｔ２時間経過後、ミラー制御部６より、ミラー３が全反射、ミラー１、２、４が全透過となるように制御する（この場合は前と同じ理由で、ミラー１、２が全透過であることは必須であるが、ミラー４は全透過としなくてもよい）。このとき、図１の左方向からミラー３に入射された光がミラー３で反射した後、ミラー２、ミラー１を透過して撮像カメラ５に入射される。以上の動作は、図４（Ｃ）に示すようになる。図４（Ｃ）のように撮像カメラ５の左方向には被写体「Ｃ」があり、撮像カメラ５には、時計方向に９０度回転した映像となって取りこまれる。撮像カメラ５は、その映像を画像処理装置７に対して出力する（図５（Ａ）−（ｃ））。画像処理装置７は、映像の水平方向を合わせるため、入力された映像を反時計方向に９０度回転した（図５（Ｂ）−（ｃ））後に出力する（図（Ｃ）−（ｃ））。
【００１２】
４番目に、Ｔ３時間経過後、ミラー制御部６より、ミラー４が全反射、ミラー１、２、３が全透過となるように制御する（この場合はミラー１、２、３が全て全透過であることが必須）。このとき、図１の前方向からミラー４に入射された光がミラー４で反射した後、ミラー３、ミラー２、ミラー１を透過して撮像カメラ５に入射される。以上の動作は、図４（Ｄ）に示すようになる。図４（Ｄ）のように撮像カメラ５の前方向には被写体「Ｄ」があり、撮像カメラ５には、反転した映像となって取りこまれる。撮像カメラ５は、その映像を画像処理装置７に対して出力する（図５（Ａ）−（ｄ））。画像処理装置７は、映像の水平方向をあわせるため、入力された映像を１８０度回転した（図５（Ｂ）−（ｄ））後に出力する（図（Ｃ）−（ｄ））後に出力する。
その後は上記を繰り返すことで、常時３６０度の撮像が可能になる。
【００１３】
次に、図１の３６０度撮像装置のミラー光学系に用いる、電気的制御によって反射と透過を切り替えることができるミラーの実施例について、図６と図７を参照して説明する。
図６（Ａ）は、制御信号オフ時の状態、図６（Ａ）は、制御信号オン時の状態の断面図をそれぞれ示す。ミラーは屈折率１．５程度の通常の透明な硝材で作られ、４５度斜面が接する２つの４５度全反射プリズム１１、１２と、両方の全反射プリズムの４５度反射面の間に制御信号によって間隙を作るために、２つの全反射プリズムに変位する端面を固着した圧電素子１３ａ及び１３ｂとで構成されている。全反射プリズムの直角な２面は、無反射コーティングが施されている。
圧電素子に制御信号が印加されない図６（Ａ）の状態では、２つの４５度全反射プリズムの双方の４５度斜面は、オプティカルコンタクトを形成している。このため、一方の４５度全反射プリズム１１に入射した入射光１５は、この界面で反射することなく直進透過し、他方の４５度全反射プリズム１２を通り抜ける。
圧電素子に制御信号が印加される（図６（Ｂ））と、圧電素子は伸び変位を起こし、２つの全反射プリズム１１と１２とを引き離す。これによって、２つの４５度全反射プリズムの全反射面の間のオプティカルコンタクトは破れ、双方の全反射面の間に隙間を生じさせ、全反射面は空気に接することになる。このため、一方の４５度全反射プリズム１１の垂直端面から全反射面に４５度で入射した入射光１６は、この界面で全反射され、光路を９０度偏向して４５度全反射プリズム１１の下側水平端面から出射する。
以上の動作によって、透過と全反射とを制御信号によって制御可能なミラーが構成できる。図６は、プリズム間の間隙ｄに対する光のパワー透過率を計算した例であって、臨界角が４１．５度程度の硝子の例である。間隙ｄが１波長から２波長程度あると、ほぼ全反射となる。可視光全域で最も長い波長０．６５μｍの赤い光を考えたとき、所要の間隙は１．３μｍ程度となる。積層圧電アクチュエーターのような現在の進んだ圧電素子技術を用いれば、数ｍｍ程度の長さの素子で十分に得られる変位量である。また、応答速度も十分に確保できる。
上の説明では、プリズム間の変位に圧電素子を用いる場合を述べたが、電磁的な引力や斥力を用いることも可能である。
【００１４】
図１の実施形態で、ミラーの全反射と全透過の切替タイミング（上記Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）は、撮像カメラ５にＣＣＤを用いた場合。ＣＣＤのフレーム蓄積時間の整数倍であることが望ましいが、必ずしもそうである必要はなく、任意の時間としてもよい。
また、全反射と全透過する４つのミラーの順序を規定して説明したが、この順序は任意の順序で良い。
更に、３６０度の撮像はできなくなるが、２方向や３方向などと決まった方向のみを撮像するといった方法をとっても良い。この場合、ミラーの枚数を２枚、３枚とすることができる。
逆に、ミラーの枚数を増やすこともできる。例えば、上記実施例のミラー投影方向の間の４５度部分を撮影する角度に１枚ずつ設置し、計８枚で撮像するといった方法でも良い。
【００１５】
次に、本発明の３６０度撮像装置の第２の実施形態について、図８を参照して説明する。
図８の３６０度撮像装置は、撮像カメラ５と、光偏向器１８と、電気信号によって光偏向器１８の光偏向方向を制御する光偏向制御部１９と、反射斜面を四方に向け、四方からの画像をこの反射面を介して、１つの光偏向器１８に集める固定反射鏡１７−１〜１７−４とからなる。光偏向器１８は、光偏向制御部１９の制御に基づいて、四方からの画像を順次偏向して撮像カメラ５に導く。
光偏向器１８には、ガルバノミラーやシリコンマイクロマシン技術（ＭＥＭＳ）によって作製する２次元マイクロミラーアレー素子（ＤＭＤ）を用いることができる。ＤＭＤは、静電引力や斥力によって、微小ミラーの光反射角度を可変するものであって、従来画像表示素子として用いられているが、本発明の実施例のように、撮像素子の構成要素に利用することができる。
【００１６】
また、撮像カメラ５と固定反射鏡１７の位置関係は、図９に示すように、水平な３６０度パノラマ像に対して、撮像カメラの光軸が垂直となるような配置をとることにより、よりコンパクトな３６０度撮像装置を構成することができる。
【００１７】
なお、上記の実施形態では、撮像カメラ５は、撮像素子とこの撮像素子に画像を結像する結像レンズを撮像素子の直前に備えていることを前提として説明したが、結像レンズは各反射鏡の先にそれぞれの方向の光軸上に配置するか、または、プリズムや光偏向器を光学系内に含めて、明るく収差のない最適な結像光学系を構成するように、像側と撮像素子側とに分散して配置してもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の３６０度撮像装置は、大振幅の変移摩擦や摩耗を生ずる機械的可動部分を極力無くしたため、可動部分の寿命によるメンテナンス（交換）費用や駆動消費電力によるランニングコストの増加を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の３６０度撮像装置の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明の３６０度撮像装置の一実施形態を構成するミラー光学系の原理構成を示す図である。
【図３】本発明の３６０度撮像装置の撮影像との位置関係を説明する図である。
【図４】本発明の３６０度撮像装置の撮像動作を説明する図である。
【図５】本発明の３６０度撮像装置の撮影画像の画像処理動作を説明する図である。
【図６】本発明の３６０度撮像装置のミラー光学系を構成するミラーの一実施例の構造断面を示す図である。
【図７】図６に示すミラーの光学特性を説明する図である。
【図８】本発明の３６０度撮像装置の別なる実施形態の構成を示す図である。
【図９】本発明の３６０度撮像装置の更に別なる実施形態を構成を示す図である。
【符号の説明】
１    ミラー
２    ミラー
３    ミラー
４    ミラー
５    撮像カメラ
６    ミラー制御部
７    画像処理装置
１０    ミラー光学系
１１    プリズム
１２    プリズム
１３    圧電素子
１７    固定反射鏡
１８    光偏向器
１９    光偏向制御部
【図１】
0003565168.tif 000002
【図２】
0003565168.tif 000003
【図３】
0003565168.tif 000004
【図４】
0003565168.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003565168.tif 000009
【図９】
0003565168.tif 000010