(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブ照明撮像システムであって、
前記アクティブ照明撮像システムによって撮像されるシーンを照明するための光源と、
光軸及び光センサーを有し前記光センサーがカメラによって光が結像される画素を持つ光学系と、前記光軸を含む平面における視野角（θ）によって特徴付けられる視野（ＦＯＶ）とを、それぞれが備えた第１及び第２のカメラと、を備え、
前記第１及び第２のカメラの前記光軸は、前記視野（ＦＯＶ）に共通の交差領域において前記視野角（θ）の和の半分に実質的に等しい角度で交差して、前記アクティブ照明撮像システムに、前記交差した光軸によって定まる平面において前記第１及び第２のカメラの前記視野角（θ）の和に実質的に等しい拡大した視野角（Θ）を有する拡大した視野（ＦＯＶ）をもたらし、
前記光源は、前記拡大した視野角（Θ）を有する拡大した視野（ＦＯＶ）内のシーンを照明する光パルス列を放射するように制御可能であり、
前記第１及び第２のカメラは前記シーン内の特徴物までの距離を供給する３Ｄカメラであって、前記第１及び第２のカメラによって記録された撮像光は、前記光パルス列が前記光源と前記シーン内の特徴物との間で往復伝搬するのにどのくらい時間がかかるかを決定するために利用される、
アクティブ照明撮像システム。
【請求項２】
アクティブ照明撮像システムであって、
前記アクティブ照明撮像システムによって撮像されるシーンを照明するための光源と、
光軸及び光センサーを有し前記光センサーがカメラによって光が結像される画素を持つ光学系と、前記光軸を含む平面における視野角（θ）によって特徴付けられる視野（ＦＯＶ）とを、それぞれが備えた第１及び第２のカメラと、を備え、
前記第１及び第２のカメラの前記光軸は、前記視野（ＦＯＶ）に共通の交差領域において前記視野角（θ）の和の半分に実質的に等しい角度で交差して、前記アクティブ照明撮像システムに、前記交差した光軸によって定まる平面において前記第１及び第２のカメラの前記視野角（θ）の和に実質的に等しい拡大した視野角（Θ）を有する拡大した視野（ＦＯＶ）をもたらし、
前記システムの撮像する光に対する感度の尺度が、前記撮像システムの平均開口効率に前記撮像システムにおける画素の直径を前記撮像システムの最小のｆ＃で除した値に等しい比の２乗を掛けた積に等しく、前記尺度が２０より大きい値を有する、
アクティブ照明撮像システム。
【請求項３】
前記尺度が５０より大きい値を有する、請求項２に記載のアクティブ照明撮像システム。
【請求項４】
前記尺度が１００より大きい値を有する、請求項３に記載のアクティブ照明撮像システム。
【請求項５】
前記第１及び第２のカメラの前記視野角（θ）が等しい、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアクティブ照明撮像システム。
【請求項６】
前記第１及び第２のカメラの前記視野角（θ）が等しくない、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアクティブ照明撮像システム。
【請求項７】
前記拡大した視野角（Θ）が９０°より大きいか又はそれに等しい、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアクティブ照明撮像システム。
【請求項８】
前記拡大した視野角（Θ）が１２０°より大きいか又はそれに等しい、請求項７に記載のアクティブ照明撮像システム。
【請求項９】
その光軸が前記第２のカメラの光軸と交差する第３のカメラを備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアクティブ照明撮像システム。
【請求項１０】
前記第２及び第３のカメラの光軸によって定まる平面が前記第１及び第２のカメラの光軸によって定まる平面と実質的に一致する、請求項９に記載のアクティブ照明撮像システム。
【請求項１１】
前記第２及び第３のカメラの光軸が前記第２及び第３のカメラの視野角（θ）の和の半分に実質的に等しい角度で交差する、請求項１０に記載のアクティブ照明撮像システム。
【請求項１２】
前記第２及び第３のカメラの光軸によって定まる平面が前記第１及び第２のカメラの光軸によって定まる平面に対して実質的に垂直である、請求項９に記載のアクティブ照明撮像システム。
【請求項１３】
前記第２のカメラが前記第２及び第３のカメラの光軸によって定まる平面における視野角（θ）を有し、前記第２及び第３のカメラの光軸が前記第３のカメラの視野角（θ）と前記第２及び第３のカメラの前記平面における前記第２のカメラの前記視野角（θ）との和の半分に実質的に等しい角度で交差する、請求項１２に記載のアクティブ照明撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本発明の実施態様は、シーンを照明する光を送出して、その送出光から当該シーン内の特徴物によって反射された光を用いてシーンを撮像するアクティブ照明撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  撮像するシーンを「人工光」で照明するための独自の光源を備えた、様々な種類のアクティブ照明カメラ又は撮像システム（包括的に「アクティブ照明カメラ」と呼ぶ）が知られている。そのようなアクティブ照明カメラには、ユビキタスフラッシュカメラ、ジェスチャー認識カメラ、及び３次元（３Ｄ）カメラがある。ジェスチャー認識カメラは、人物を照明して、その人物のジェスチャーを撮像し認識する。３Ｄカメラは、発生した光でシーンを撮像して、そのシーン内の特徴物までの距離を測定する。３Ｄカメラの動作モードに応じて、カメラの光源によって供給される光は、典型的には三角測量方式の３Ｄカメラによって用いられるような、構造化光と呼ばれる空間変調光か、又は典型的には様々な種類の飛行時間（ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ：ＴＯＦ）方式の３Ｄカメラによって用いられる、パルスで送出される光のような時間変調光であり得る。
【０００３】
[0003]  人物のジェスチャーを追跡してその人物をコンピューターとインターフェースするといったような多くのアプリケーションに関して、アクティブ照明カメラの好適な設計仕様は対立的である場合があり、またそのような競合的な設計志向に適応することはコストがかかる場合がある。
【０００４】
[0004]  例えば、人物をコンピューターゲームとインターフェースするためのジェスチャー追跡及び／又は３Ｄ撮像においては、アクティブ照明カメラが広視野角の特徴を有した比較的大きな視野（ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ：ＦＯＶ）を持ち、その中で人物が自由に動くことができて、それでもカメラが当該人物を正確に撮像可能である、ということがしばしば望ましい。カメラのＦＯＶは、そのカメラの光学中心から伸びる立体角によって規定された空間の領域であり、この領域に対して、その中の各地点が当該カメラの光学系によってカメラが備える光感受性センサー（以降、「光センサー」）上に撮像される。カメラのＦＯＶの視野角は、当該カメラのＦＯＶ内に存在しカメラの光学中心から伸びるライン間のとり得る最大の角度である。視野角は、カメラの光学中心を通る任意の平面に対して定義することができる。視野角は、一般に、カメラの光軸を含む平面に対して定義される。人間の動きを撮像するための実用的な視野角は、通常、地面に対してそれぞれ平行な平面と直角な平面について定義された水平視野角及び垂直視野角である。ＦＯＶが広視野角、多くの場合９０°、１２０°、又は１５０°の大きさの広い水平視野角の特徴を有することは、有利なことであり得る。
【０００５】
[0005]  カメラに広角のＦＯＶと正確な撮像をもたらすために、カメラは、通常、小さい有効焦点距離「ｆ」を持ったレンズ又はレンズ系と、たくさんの光感受性の画素を持った比較的大型の光センサーとを備えている光学系を有する。光学系の有効焦点距離は、その光学系の機能を代表するのに用いることが可能な当該光学系の薄レンズ等価物の焦点距離である。
【０００６】
[0006]  しかしながら、カメラの光源からの光で大きなＦＯＶを照明することは、一般に、技術的にもコスト面でも挑戦的なことである。光源により与えられる照明の強度は、通常、コストの考慮と、当該光源やカメラを許容動作温度に維持するための放熱条件とによって制限される。したがって、通常、カメラのＦＯＶ内の人物や他の特徴物によって反射される光源からの光の量は、限られている。
【０００７】
[0007]  限られた照明を補うために、カメラは、当該カメラの光センサー内の画素により記録される反射光の量が、画素の発生する信号が許容可能な信号対雑音比（ＳＮＲ）を有するのに十分となるように、増大した光収集効率と光記録容量を持つことができる。光収集効率は、カメラが撮像する物体の単位面積当りの、カメラのレンズによって収集される光の一部分からカメラの光センサー上で撮像される光の強度（単位面積当りの光エネルギー）の尺度である。光記録容量は、カメラが画素上に撮像する光エネルギーの一単位当りの、カメラの光センサー内の画素が生成する信号の量の尺度であり、光エネルギーの一単位当りの信号振幅の単位を有する。カメラの光収集効率と光記録容量の積は、カメラが撮像するシーンからの光に対するカメラの感度の尺度であり、カメラの受光感度（ｌｉｇｈｔ  ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ：ＬＡＳ）と呼ばれる。
【０００８】
[0008]  光収集効率と光記録容量は、カメラレンズのｆ値（ｆ＃）を小さくし、カメラの光センサー内の画素のサイズを大きくすることによって増大させることが可能である。レンズのｆ＃は、レンズの焦点距離ｆをその開口の直径Ｄで割ったものに等しい。即ち、ｆ＃＝ｆ／Ｄである。開口の直径Ｄは、様々な絞りの何れによっても調整することができる。最小のｆ＃は、とり得る最大のＤ、通常はそのレンズの物理的な直径に近い直径の場合のｆ＃に該当する。
【０００９】
[0009]  シーンを太陽光の下で、及び／又は通常のフラッシュからの光を用いて撮像する従来のデジタルカメラは、およそ４０°と６０°の間の視野角で特徴付けられるＦＯＶを有し、１．２μ−６μ（ミクロン）の間の辺の長さを持った矩形の画素と、２．８−３．５の間に等しい最小のｆ＃とを備えている。一方、ジェスチャー認識及びマルチプレイヤーのビデオゲームアプリケーションに関しては、広角のＦＯＶを持ったアクティブ照明カメラが、およそ２より小さいｆ＃と、およそ７．５ミクロンより大きいかそれと等しい辺の長さを持った大型の画素とを有することが、有利なことであり得る。
【００１０】
[0010]  しかしながら、カメラのｆ＃を小さくし、その画素サイズを大きくすることは、一般に、カメラの分解能を低下させ、また、カメラの光学系が光学的歪みを補償するように特別に設計されていなければ、カメラにより取得される画像に光学的な歪みを招来する。光学的な歪みを緩和するようにカメラを構成することは、技術的に困難である場合があり、また、カメラに対してその意図した市場と合致しない値を付けるコストを伴う場合がある。
【発明の概要】
【００１１】
[0011]  本発明の一実施態様は、拡大された「合成」ＦＯＶをもたらすように「要素カメラ」と呼ばれる複数のカメラのＦＯＶを結合する、「合成アクティブ照明カメラ」又は「合成カメラ」とも呼ばれる広視野角ＦＯＶのアクティブ照明撮像システムを提供する。
【００１２】
[0012]  本発明の一実施態様において、上記複数の要素カメラは、光軸がカメラのＦＯＶに共通な領域（以降、「交差領域」）で交差し、その光軸間角度が光軸により規定される平面におけるカメラの視野角の和のおよそ半分に等しい角度となるように配置された２つの要素カメラを備える。当該要素カメラのＦＯＶは、相互にクロスオーバーし、その光軸の平面において各要素カメラのＦＯＶの視野角のおよそ２倍に等しい広視野角を有する拡大された合成ＦＯＶをもたらすように結合する。任意的には、要素カメラのＦＯＶの視野角は等しく、それらＦＯＶは、当該光軸の交点を通り、且つ当該光軸の平面に対して垂直であり、且つ当該光軸間の角度を二等分する直線を包含する「鏡映」面において相互に鏡映像を作る。
【００１３】
[0013]  本発明の一実施態様において、上記要素カメラは、それらのＦＯＶが鏡映面を含む細長い繋ぎ目に沿って重なり合うように相互に近接して間隔を空けて配置される。その結果得られる合成ＦＯＶは、合成カメラの少なくとも１つにより撮像されない領域を実質的に有しない。本発明の一実施態様において、それぞれの要素カメラは、光収集効率と光記録容量が相対的に増大するように、比較的小さなｆ＃と、比較的大きな画素を備えた光センサーとを有して構成される。
【００１４】
[0014]  本合成アクティブ照明カメラは拡大された広視野角のＦＯＶを享受し、他方、その光撮像は要素カメラのｆ＃と光センサーと撮像分解能とによって特性が定まる。したがって、本合成アクティブ照明カメラは、広角の合成ＦＯＶを、同様の広角のＦＯＶを有した従来のカメラの競合的で対立的な設計要求に適応することに投資をする必要なく、要素カメラのより小さなＦＯＶの増大した光収集効率及び光記録容量と両立させる。
【００１５】
[0015]  この概要は、以下詳細な説明において更に説明される概念から選び出したものを、単純化した形で紹介すべく提供されるものである。この概要は、特許請求の範囲に記載された対象の主要な特徴、又は本質的な特徴を特定することを意図しておらず、また、特許請求の範囲に記載された対象の範囲を限定するように用いられることも意図していない。
【００１６】
[0016]  この段落に続いて列挙される本明細書に添付された図を参照して、本発明の実施態様の非限定的な例が以下に説明される。２以上の図に現れる同一の構造、要素、又は部分には、概して、それらが現れる全ての図において同じ符号が付される。図に示された要素及び特徴の寸法は、表示の便宜と明瞭性のために選ばれており、必ずしも縮尺に応じて示されていない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】図１Ａは、先行技術に従って、シーン内の特徴物までの距離を測定するための従来の３Ｄ飛行時間（ＴＯＦ）方式カメラの透視図を模式的に示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、先行技術に従って、シーン内の特徴物までの距離を測定するための従来の３Ｄ飛行時間（ＴＯＦ）方式カメラの平面図を模式的に示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一実施態様に従って、広角ＦＯＶを有したアクティブ照明撮像システムの一例としての合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラを模式的に示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の一実施態様に従って、広角ＦＯＶを有したアクティブ照明撮像システムの一例としての合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラを模式的に示す。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一実施態様に従って、他のアクティブ照明撮像システムを模式的に示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の一実施態様に従って、他のアクティブ照明撮像システムを模式的に示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の一実施態様に従って、他のアクティブ照明撮像システムを模式的に示す。
【図４】図４は、本発明の一実施態様に従って、３つの要素カメラを備えたアクティブ照明撮像システムを模式的に示す。
【図５】図５は、本発明の一実施態様に従って、４つの要素カメラを備えたアクティブ照明撮像システムを模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
[0022]  本発明の実施態様の側面が、アクティブ照明撮像システムの特徴に関して以下に論じられる。アクティブ照明撮像システムは、例として、３Ｄ飛行時間（ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ：ＴＯＦ）方式撮像システムである。図１Ａ及び１Ｂは、従来の３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ２０と当該カメラの視野（ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ：ＦＯＶ）についての透視図及び平面図をそれぞれ模式的に示している。図２Ａから図５は、本発明の実施態様に従って、図１Ａ及び１Ｂに示されたのと同様のカメラが、どのようにして、拡大した広角の合成ＦＯＶを有する３Ｄ  ＴＯＦ方式の合成アクティブ照明カメラを提供するように結合され構成されるかを模式的に示している。本発明の一実施態様に従って広角の合成ＦＯＶを有する図２Ａ及び２Ｂに示されたのと同様の合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラは、広角のＦＯＶを有するように従来のやり方で設計された３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラと対比される。
【００１９】
[0023]  本議論では、別段の記載のない限り、本発明の一実施態様の特徴に関する条件又は関連性の特質に修正を加える「実質的に」や「およそ」といったような形容的文言は、当該条件又は特質が、意図されたアプリケーションにおける実施態様の運用に対して容認できる許容範囲内で定義される、ということを意味するものと理解される。
【００２０】
[0024]  図１Ａ及び１Ｂに示された３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ２０は、当該カメラのＦＯＶ３０内のシーン（不図示）を照明する光パルス列を放射するように制御可能な光源２２を備えている。光源２２により放射された光パルスは、符号２４を付され、伝搬方向を表す上部矢印と結び付けられた矩形「パルス」によって模式的に表現されている。符号２４はまた、この光パルスを参照する場合にも用いられる。光パルス２４は、適した発光ダイオード（ＬＥＤ）及び／又はレーザーによってスペクトルの任意の部分から与えられる光を含むことができるが、通常は、近赤外（ＮＩＲ）の光パルスである。カメラ２０は、シーン内の特徴物により当該カメラに向かって反射される光パルス２４の光を光センサー５０上に結像するための、レンズ４０によって表された光学系を備えている。レンズ４０は、光学中心４２と光軸４４を有しており、それらは、それぞれカメラ２０の光学中心と光軸でもある。光センサー５０は、光感受性画素５２（図１Ａ）を備えている。本光学系はまた、カメラを開状態と閉状態にシャッター駆動するためのシャッター（不図示）も含んでいる。光パルス列の各パルス２４が光源２２により放射されてシーンを照明する時間から予め定められた遅延の後に、このシャッターは、カメラに到達しレンズ４０により光センサー５０上に結像されたシーン内の特徴物からの反射光を記録するために、カメラを短い露出期間の間だけ開状態にする。カメラによって記録された撮像光は、光パルス２４の光が、光源２２から特徴物へ向かい、そして３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ２０へと戻って往復伝搬するのにどれくらい時間がかかるかを決定するために利用される。当該特徴物がカメラからどれくらい遠くにあるかを決定するため、その往復時間と光速が用いられる。
【００２１】
[0025]  図１Ａ及び１Ｂの透視図と平面図において、カメラ２０のＦＯＶ３０が、境界線３２により画定されて模式的に示されている。この境界線は、ピラミッド形状の立体角を規定する平面を定め、当該立体角は、ＦＯＶの体積を制限している。ＦＯＶ３０の当該立体角の内部、したがって境界線３２により定められた平面で制限された体積の内部の点のみが、カメラ２０によって撮像される。ＦＯＶ３０の立体角を視覚化する補助のために、境界線３２を結んだ線３４、破線３５及び３６、並びに円３７が示されている。線３４と円３７の位置は、ＦＯＶ３０がカメラ２０からどのくらい遠くまで拡がっているかの限界を示すものではない。画定境界線３２とＦＯＶ３０は、慣習的に「無限」まで拡がっているものと理解される。
【００２２】
[0026]  ＦＯＶ３０の大きさと形状を定める立体角は、光センサー５０がレンズ４０の光学中心４２において見込むピラミッド形状の立体角に一致する。この立体角は、光センサー５０の大きさと形状、及びレンズ４０の焦点距離「ｆ」（図１Ｂ）によって決定される。光センサーは典型的に長方形の画素アレイを有し、光センサー５０は、長さＶの垂直端５４と長さＨの水平端５５を有した長方形の画素アレイとして示されている。カメラは、任意であるが、その通常使用状態において、垂直端５４が地面（不図示）に対して直角で水平端５５が地面に対して平行に向けられるものとみなされる。光センサー５０の角からレンズ４０の光学中心４２へと延びる線分５８（図の乱雑さを低減するために、そのうちのいくつかだけが符号を付されている）が、光センサー５０が当該光学中心において見込む立体角、したがってＦＯＶ３０の立体角を定める。ＦＯＶ３０を定める境界線３２は、線分５８の延長線である。
【００２３】
[0027]  ＦＯＶ３０は、図１Ａに示された水平端５５に対して平行であり且つ光軸４４を含んだ、破線３６により定められた水平平面において、水平角度広がりθを有している。（図１Ｂの平面図において、境界線３２は破線３６に射影されてそれと一致することが特筆される。）破線３６は、レンズ４０の光学中心４２を通り、光センサー５０の垂直端５４（図１Ａ）と（任意的に）その中点において交わっている。挿入図５７は、レンズ４０と光センサー５０の拡大図を模式的に示しており、その中に、線５８、光センサー５０、及びレンズ４０の詳細がより明瞭に示されている。角度θは、線３６の間の角度であり、次の式を満たす。
１）  ｔａｎ（θ／２）＝Ｈ／２ｆ
ＦＯＶ３０の「水平」視野角θ、Ｈ／２、及びｆの間の幾何学的関係は、図１Ｂに示されている。
【００２４】
[0028]  ＦＯＶ３０は、同様に、光軸４４を含み且つ光センサー５０の垂直端５４に対して平行な、破線３５により定められた平面において、垂直角度広がりφを有している。線３５は、レンズ４０の光学中心４２を通り、水平端５５と（任意的に）その中点において交わっている。ＦＯＶ３０の垂直視野角φは、線３５の間の角度であり、次の式を満たす。
２）  ｔａｎ（φ／２）＝Ｖ／２ｆ
【００２５】
[0029]  カメラ２０によって作られるシーンの特徴物の画像の単位面積当りに光センサー５０上に入射する単位時間当りの光エネルギー量は、当該特徴物からの光センサーの放射照度「ＩＲ」と呼ばれる。この特徴物が、カメラから距離「ｒ」に位置し、単位面積、単位時間当りに、慣習的に「発散度」と呼ばれる光エネルギー量（「光量」）ＩＥを発するとすれば、当該特徴物からの光センサー５０の放射照度「ＩＲ」は、次のように書くことができる。
３）  ＩＲ＝ＩＥＶπ（Ｄ／２ｒ）２［１／（ｆ／ｒ）］２
ここで、Ｄはレンズ４０の直径であり、「Ｖ」は開口効率である。係数π（Ｄ／２ｒ）２は、特徴物の位置でレンズを見込む立体角である。量（ｆ／ｒ）は、距離ｒにおける特徴物に対するカメラの倍率であり、（ｆ／ｒ）２は、光軸４４に垂直な平面上への特徴物の射影面積に対する光センサー５０上の当該特徴物の画像面積の比である。ｆ＃＝ｆ／Ｄであることを思い起こすと、ＩＲの式は次のようになる。
４）  ＩＲ＝ＩＥＶπ／（４ｆ＃２）
【００２６】
[0030]  開口効率Ｖは、特徴物から集められて光センサー５０上に結像された光量を、その特徴物が光軸４４上でカメラ２０から距離ｒの位置に存在するとしたときに当該特徴物に対してレンズ４０により集められ結像され得る最大の光量で除した値に等しい比である。開口効率Ｖは、１より小さいか、又は１にほぼ等しい。一般に、開口効率Ｖは、光軸４４からの特徴物の変位の増加と共に、またＦＯＶの視野角の増加と共に、減少する。
【００２７】
[0031]  特徴物からの光に反応するカメラ２０についての平均放射照度「Ｉ＾Ｒ」は、当該カメラから距離ｒのＦＯＶ３０内におけるその特徴物のとり得るあらゆる位置にわたる平均の「Ｖ＾」でＶを置き換えることによって決定され、Ｉ＾Ｒ＝ＩＥπＶ＾／（４ｆ＃２）となる。次式の比
５）  Ｉ＾Ｒ／ＩＥ＝（π／４）（Ｖ＾／ｆ＃２）
は、カメラから距離ｒのＦＯＶ３０内の任意の場所に存在する特徴物に対する、カメラ２０の平均光収集効率とみなすことができる。
【００２８】
[0032]  光センサー５０の画素５２が面積「Ａｐｘ」を持ち、画素５２上に入射するカメラのＦＯＶ３０内に存在する撮像特徴物からの光量が「Ｉｐｘ」であるとすると、平均して、Ｉｐｘ＝ＡｐｘＩ＾Ｒ＝ＩＥ（π／４）Ｖ＾Ａｐｘ／（ｆ＃２）である。与えられた入射光量から信号を発生させるための画素５２の「効率」を「ｋ」で表し、画素５２が特徴物から当該画素上に入射した光から発生した信号を「Ｓｐｘ」で表すことにしよう。係数ｋは、例えば、画素５２が当該画素上に入射した単位光エネルギー当りに発生する電子の数を表すことができる。すると、ｋＡｐｘは、光センサーにおける画素５２の光記録容量となる。撮像特徴物に対して、画素５２は、平均して次式の信号を発生する。
６）  Ｓｐｘ＝ｋＩｐｘ＝ｋＡｐｘＩ＾Ｒ＝ＩＥｋＡｐｘ（π／４）Ｖ＾／（ｆ＃２）
＝（ＩＥ）［ｋ（π／４）ＡｐｘＶ＾／（ｆ＃２）］
【００２９】
[0033]  係数［ｋ（π／４）ＡｐｘＶ＾／（ｆ＃２）］は、カメラの受光感度（ｌｉｇｈｔ  ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ：ＬＡＳ）の尺度である。ｋが３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ２０と同様の３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラの異なる構成に対して同じ値であると仮定し、また定数の係数を省略すると、異なる３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラの受光感度を比較するための相対的な性能指数として、ＡｐｘＶ＾／（ｆ＃２）を合理的に用いることができる。面積Ａｐｘをその対角線長「ｄｐｘ」で書き表し、それにより受光感度ＬＡＳを次式で定義するのが便利である。ここで、ｄｐｘはミクロンの単位である。
８）  ＬＡＳ＝Ｖ＾ｄｐｘ２／ｆ＃２
【００３０】
[0034]  数値的な例として、カメラ２０と同様の従来の３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラは、任意的には、６２°に等しい適度な水平視野角θと７７°に等しい垂直視野角φとによって特徴付けられたＦＯＶ３０を有している。このカメラは、任意的に３．６ｍｍに等しい水平方向長さ（Ｈ）と任意的に４．８ｍｍに等しい垂直方向長さ（Ｖ）とを有した光センサー５０上にシーンを撮像する。（３．６ｍｍ×４．８ｍｍの光センサーは、その対角線が１６ｍｍのおよそ１／３である６ｍｍに等しく、対角１６ｍｍの光センサーが１”型と呼ばれるため、慣例的に、１／３インチ＝１／３”型光センサーと呼ばれる。対角１６ｍｍの光センサーは、ＣＣＤの出現以前に撮像に用いられた直径１”のレガシー撮像管が１６ｍｍに等しい有効撮像センサー径を有していたため、１”型センサーと呼ばれる。）式１）と水平視野角θ＝６２°、又は式２）と垂直視野角φ＝７７°を用いると、カメラのレンズ４０の焦点距離ｆは３ｍｍに等しいと決定され、また１．２に等しい最小ｆ＃によって特徴付けられる。
【００３１】
[0035]  ３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ２０を用いてシーンを撮像しそのシーン内の特徴物までの距離を測定するための実践的な撮像分解能の条件は、所望の大きさを有しカメラから所望の作動距離に位置している表面エリア（以降、「解像小区画（resolution patch）」）が、当該カメラによって光センサー５０上で所望の像の大きさを持つ像に結像されることを任意的に要する。解像小区画の上記所望の大きさは、３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ２０によって得られる距離計測値の空間サンプリングピッチを定めるように選ばれる。３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ２０を用いたコンピューターと人物をインターフェースするために、作動距離は１ｍ（メーター）とすることができ、また解像小区画は、任意的には正方形であって、一辺１ｃｍとすることができる。
【００３２】
[0036]  撮像分解能の条件は、光センサー５０上における解像小区画の像が、常に当該光センサーの少なくとも１つの画素５２を完全に覆うことを任意的に要する。この条件は、光センサー５０の少なくとも１つの画素５２（図２Ａ）が、その作動距離に位置し当該光センサー上に結像される特徴物の解像小区画サイズの領域からの光に対して、可能な限り最大の露光を受けることを保証するように作用する。上記の完全に覆われた画素は、最適なＳＮＲを有し、それ故に上記領域及び特徴物までの満足のいく距離計測値を提供するように使用可能な、解像小区画サイズの領域からの光に応答した信号を発生するものと期待される。この分解能の条件は、解像小区画の像が画素５２の対角線の長さの２倍の対角線を有していれば、満足される。焦点距離３ｍｍのレンズ４０の場合には、１５ミクロン（μ）に等しい一辺の長さを有した画素５２は、上記条件を満足する。３．６ｍｍ×４．８ｍｍの寸法の光センサー５０の場合、この光センサーは、１５μ×１５μの画素からなる２４０本の水平方向の「行」と３２０本の垂直方向の「列」とを備える。
【００３３】
[0037]  上で与えられた３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ２０の数値仕様の場合、カメラは、０．８１に等しい開口効率と、式８）を用いて計算されるおよそ１２６に等しいＬＡＳ（受光感度）値とを有する。このカメラ仕様において、実践面では、およそ３ｍに等しいカメラ２０からの最大作動距離に対して、５０％のデューティー比とおよそ２．５ワットの平均光パワーとを持つ一連の光パルスを放射するように制御可能な光源２２は、画素５２の受容可能な放射照度をもたらす。
【００３４】
[0038]  本発明の一実施態様に従って、複数のアクティブ照明カメラが、広角のＦＯＶを有した合成アクティブ照明カメラを提供するように結合される。
【００３５】
[0039]  図２Ａ及び２Ｂは、本発明の一実施態様に従って、合成広角３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ１００の透視図及び平面図をそれぞれ模式的に示しており、このカメラ１００は、カメラ２０（図１Ａ及び１Ｂ）と同様の２つの（任意的には同一の）要素カメラ１２０と、当該カメラが撮像するシーン（不図示）を照明するための光源１２２とを備えている。これら要素カメラは、カメラ２０の水平視野角θの２倍の水平視野角Θを持つ合成ＦＯＶ１３０を有した合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ１２０を提供する。
【００３６】
[0040]  要素カメラ１２０は、それらの光センサー５０の垂直端５４が実質的に平行な状態で支持フレーム（不図示）にマウントされ、また、それぞれのＦＯＶ３０が「クロスオーバーする」と共に光軸４４が当該要素カメラの水平視野角θに実質的に等しい角度でそれらＦＯＶ３０に共通な交差領域４５で交差するように、互いに対して相対的に回転して配置されている。光軸４４は、それらの最接近点間の距離が所望の上限距離よりも小さければ、交差しているとみなされる。上記の交差領域は、このような最接近点を含む最小直径の球体である。交差軸４４の平面は、それらの最接近点を結んだ直線に垂直且つ当該直線を二等分する平面として定義される。交差軸４４間の角度は、それらによって定義される上記の平面上へ交差軸４４を射影した直線間の角度である。
【００３７】
[0041]  上記した所望の最接近上限距離は、要素カメラ１２０により生成された画像が合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ１００を用いたアプリケーションにとって許容できるような距離である。垂直端５４は、それらの間の角度が十分に小さく、その結果、要素カメラ１２０により生成された画像が合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ１００を用いたアプリケーションにとって許容できるのであれば、実質的に平行とみなされる。実践においては、最接近上限距離と、垂直端５４の平行からの最大許容可能偏差角は、要素カメラ１２０により供給され適切な画像処理アルゴリズムを用いて処理された画像に応答して発生する画像歪みが、当該画像の使用を妨げることのないように決定される。
【００３８】
[0042]  本発明の一実施態様では、要素カメラ１２０により供給された画像の滑らかな貼り合わせとそれぞれの光センサー５０の面積の有効活用を提供し、画像処理を簡素化するために、最接近上限距離が画素５２の一辺の長さのおよそ２０倍よりも小さいことが有利である。例えば、１５μ×１５μの画素５２の場合、光軸４４の最接近距離は、およそ３００μ（０．３ｍｍ）より小さいか又はそれに等しいことが有利である。任意的には、この最接近距離は、画素５２の一辺の長さのおよそ１５倍よりも小さい。ある実施態様では、この最接近距離は、画素５２の一辺のおよそ１０倍の長さよりも小さい。
【００３９】
[0043]  同様に、本発明の一実施態様では、垂直端５４の平行からの上限偏差角は、画素５２の一辺の長さを光センサー５０の一辺の長さで除した値のおよそ２０倍に等しい。１５μの画素５２と３．６ｍｍ×４．８ｍｍの寸法の光センサー５０の場合、この偏差角の上限は、任意的におよそ５°に等しい。任意的には、上限偏差角は２°に等しい。本発明のある実施態様では、上限偏差角は１°に等しい。
【００４０】
[0044]  要素ＦＯＶ３０は、光軸４４間の角度を二等分する直線１０１（図２Ｂ）を含み、且つ光軸４４の平面に対して垂直である平面において、相互の鏡像となっている。要素ＦＯＶ３０は結合して、水平視野角Θ＝２θと要素カメラの垂直視野角に等しい垂直視野角φ（図２Ａには示されていない）とを有する合成ＦＯＶ１３０を形成している。
【００４１】
[0045]  本発明の一実施態様による要素カメラ３０の「クロスオーバー」構成は、大きな広角の合成ＦＯＶ１３０を提供するように要素ＦＯＶ３０の効率的な貼り合わせをもたらし、任意的には、この合成ＦＯＶ１３０において、要素ＦＯＶは細長い平面状の体積領域１０２に沿ってのみ重なり合う。この重なり合った体積は、「繋ぎ目１０２」と呼ばれ、図１Ｂにおいて陰を付けて示されている。繋ぎ目１０２の幅は、要素カメラ２０の光学中心４２を隔てている距離Δに等しい。距離Δは、任意的には、繋ぎ目１０２がＦＯＶ１３０の大部分を占有しないように、比較的小さいものとされる。例えば、Δは、１０ｃｍより小さいか又はそれに等しいとすることができる。ある実施態様では、離間距離Δは、５ｃｍより小さいか又はそれに等しい。
【００４２】
[0046]  Δの最小距離は、カメラ１２０をどのくらい近接して１つに「収容」することが可能であるかによって決定される、ということが特筆される。最小の「収容」距離、及び、したがって最小のΔは、概して、カメラ１２０に含まれる部品のサイズによって決定される。本発明のある実施態様では、カメラ１２０は共通の筐体に収納され、最小の収容距離は、レンズ４２の直径で決定され得る。例として、レンズ４２は２ミリメートル程の小さい直径を有することができ、最小収容距離及び最小Δは、５ミリメートルとほぼ等しいか又はそれより小さいということになる。
【００４３】
[0047]  要素カメラ１２０の前方には、何れの要素カメラ１２０によっても撮像されない死角領域１０４が広がっている。死角領域の体積と、死角領域が要素カメラ１２０の前に広がっている距離は、Δが減少するにつれて減少する。ある実施態様では、離間距離Δは、この死角領域の広がりが、意図されたアプリケーションにおける合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ１００の十分な機能に好ましくない影響を与えないように決定される。例えば、人物をコンピューターとインターフェースする場合には、死角領域が、要素カメラ１２０の光学中心４２を結んだ直線から最大でおよそ２０ｃｍの距離まで広がっているということが好都合であり得る。
【００４４】
[0048]  繋ぎ目１０２の中に位置する点は、両方の要素カメラ１２０によって撮像されるということが特筆される。本発明の実施態様では、要素カメラは、当該要素カメラによって繋ぎ目の中に位置するシーンの特徴物に対して与えられる距離に応じて、互いに対して相対的に整列及び／又は調整される。例えば、繋ぎ目１０２の中で要素カメラから作動距離に位置する特徴物に対して、カメラは、実質的に同一の距離を与えるべきである。（作動距離「ＷＤ」において、繋ぎ目１０２の中の同一特徴物の要素カメラからの距離における微少な差は、（１／２）（Δ／ＷＤ）２よりも小さい。この差は、一般に非常に小さいだろう。例えば、ＷＤ＝１００ｃｍ及びΔ＝５ｃｍの場合、この差はおよそ１ミリメートルである。）本発明の一実施態様に従って、両方の要素カメラが繋ぎ目１０２の中に位置する同一特徴物までの同一の距離を与えるように、要素カメラ１２０の互いに対する相対的な位置が調節され、又は、カメラの位置ずれが補償される。
【００４５】
[0049]  要素カメラ１２０は、例として、上記されたように、それぞれの光パルスに続く露出期間の遅延時間に応じてパルス２４の往復時間を決定する。この要素カメラ１２０に関して、カメラ１２０の調整は、任意的には、一方のカメラ１２０の露出期間のタイミングをもう一方のカメラ１２０の露出期間に対して相対的に調節することを含む。ある実施態様では、露出期間の相対的なタイミングの調節は、露出期間を同期させることを含む。ある実施態様では、タイミングの調節は、一方のカメラの露出期間をもう一方のカメラの露出期間に対して相対的に遅延させることを含む。
【００４６】
[0050]  合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ１００は、要素カメラ１２０の水平視野角θの２倍の水平視野角Θによって特徴付けられる合成ＦＯＶ１３０を有しているが、その一方で、要素カメラの焦点距離、ｆ＃、撮像分解能、及びＬＡＳ値をそのまま保っている。ＦＯＶ１３０は要素ＦＯＶ３０の実質的に２倍の大きさの体積を有しているため、光源１２２は、有利なことに、図１Ａ及び１Ｂに示されたカメラ２０の光源２２によって供給される光パワーの２倍の光パワーを供給する。
【００４７】
[0051]  数値的な例として、要素ＦＯＶ３０がそれぞれ６２°及び７７°に等しい水平視野角θと垂直視野角φを有していると仮定すると、合成ＦＯＶ１３０は、広い水平視野角Θ＝１２４°と７７°に等しい垂直視野角を有すると共に、１２６に等しいＬＡＳ値を維持する。光源１２２が光源２２（図１Ａ及び１Ｂ）の光パワーの２倍に等しい光パワーを供給すれば、拡大された合成ＦＯＶ１３０内の特徴物を撮像するための要素カメラ１２０の画素５２は、図１Ａ及び１Ｂに示された「小さな」ＦＯＶ３０内の特徴物を撮像するための３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ２０の画素５２と同じレベルの放射照度に曝されるだろう。
【００４８】
[0052]  第２の数値的な例として、ある特定のアプリケーションのために、およそ１４０°の水平視野角とおよそ９０°の垂直視野角によって特徴付けられる広角の拡大されたＦＯＶを有した３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラが所望されたと想定されたい。更に、このカメラにより得られる画像が、およそ０．７ｃｍの空間サンプリングピッチ、したがって一辺０．７ｃｍの解像小区画で距離計測値を供給するように処理されると想定されたい。
【００４９】
[0053]  上記の所望の視野角と空間分解能を与える合成カメラ１００と同様の本発明の一実施態様による合成カメラは、およそ７０°に等しい水平視野角とおよそ９０°に等しい垂直視野角によって特徴付けられるＦＯＶ３０を有した要素カメラ１２０を備えることができる。任意的には、それぞれの要素カメラは、７．５μ×７．５μの画素からなる４８０本の水平方向の行と６４０本の垂直方向の列とを有し、その結果としてそれぞれ３．６ｍｍ及び４．８ｍｍに等しい水平方向長さＨと垂直方向長さＶとを有した、光センサー５０を備える。この要素カメラは、２．５ｍｍに等しい焦点距離ｆ、任意的に１．３に等しいｆ＃、及び０．６６に等しい開口効率Ｖ＾を有するであろう。この要素カメラ及び合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラの特徴的なＬＡＳ数は、およそ２２に等しい。
【００５０】
[0054]  図３Ａは、本発明の一実施態様に従って、別の合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ１５０の平面図を模式的に示している。
【００５１】
[0055]  合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ１５０は、合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ１００（図２Ａ及び２Ｂ）が備えているのと同じ要素カメラ１２０を備えており、水平視野角Θ＝２θを持つ拡大されたＦＯＶ１３０を提供する。しかしながら、合成カメラ１００（図２Ａ及び２Ｂ）では、要素カメラ１２０はそれぞれの光軸４４とＦＯＶ３０を回転させるように互いに対して回転して配置されるのに対して、合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ１５０では、要素カメラは互いに対して平行に整列される。合成カメラ１５０は、それぞれの要素カメラ１２０のためのプリズム１５２を備えており、このプリズム１５２は、それぞれの光軸４４とＦＯＶ３０をθ／２に等しい角度だけ回転させて、拡大されたＦＯＶ１３０を形成する。
【００５２】
[0056]  本発明の実施態様による合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ、例えば図２Ａ−図３Ａに示された合成カメラを特徴付けている広角のＦＯＶと同様のＦＯＶを有した３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラを提供することは、技術的に困難であり得る。
【００５３】
[0057]  例えば、カメラ２０（図１Ａ及び１Ｂ）と同様に構成されているが、図２Ａ及び２Ｂに示された合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ１００に関して上で論じられた第１の数値的な例において具体的に述べられたのと同じ１２４°の広い水平視野角によって特徴付けられるＦＯＶを有している、従来型の３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラを検討されたい。この水平方向に拡大された１２４°の視野角のＦＯＶを提供するために、当該従来型の広角３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラは、カメラ２０に対して与えられた例示的な数値仕様において記された３．６ｍｍよりも大きい水平方向長さＨ（図１Ｂ）を持つ光センサーを備えるかもしれない。特に、この従来型の広角３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラの光センサーは、商業的に入手可能な１／２”標準形式（８ｍｍの対角線長さ）を持ち、７．３ｍｍに等しい水平方向長さＨ（図１Ｂ）と３．３ｍｍに等しい垂直方向長さＶを有するかもしれない。焦点距離ｆを水平視野角θと光センサーの水平方向長さＨと関係付ける式１）を用いると、当該従来型の広角カメラに関してレンズ４０に必要とされる焦点距離ｆは、２．１ｍｍに等しい。このレンズは、１．８に等しいｆ＃と開口効率Ｖ＝０．２１を有するだろう。合成カメラ１００に対して上で与えられた数値的な例において満たされているのと同じ撮像分解能の条件を満たすために、光センサー５０の画素５２は、１０．４μに等しい一辺の長さを有するべきである。従来型の１２４°の水平視野角の３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラの要素に対する上の数値を用いると、この従来型カメラは、およそ２３に等しいＬＡＳを有するだろう。
【００５４】
[0058]  従来型カメラの当該ＬＡＳ値は、３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ１００及び１５０のＬＡＳ値、１２６のおよそ１／６である。同一の作動環境に対して、従来型の広い水平視野角の３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラは、シーンを撮像するための同じ広い水平視野角を有した本発明の一実施態様による３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラに必要とされる光パワーの６倍の光パワーを運ぶ、シーンを撮像するための光源を必要とする。
【００５５】
[0059]  本発明の一実施態様による３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラに関して上で与えられた第２の数値的な例との比較のため、それぞれおよそ１４０°及びおよそ９０°に等しい水平視野角と垂直視野角を提供する従来型カメラは、５μ×５μの画素と、それぞれ８．５ｍｍ及び３．２ｍｍに等しい水平方向長さ及び垂直方向長さとを有した光センサーを備えるかもしれない。そのレンズは、およそ１．６５ｍｍに等しい有効焦点距離、任意的に２．４に等しいｆ＃、及びその結果として０．１５に等しい開口効率Ｖ＾を有するであろう。この従来型カメラは、およそ０．６５に等しいＬＡＳを有するであろう。これは、上記第２の数値的な例によって具体的に述べられた、本発明の一実施態様による対応する合成カメラのＬＡＳのおよそ１／３４である。
【００５６】
[0060]  合成カメラ１００及び１５０（図２Ａ−３Ａ）の上記説明では、当該合成カメラに備えられた要素カメラ１２０の光軸４４間の角度はθに等しく、また当該合成カメラのそれぞれの拡大されたＦＯＶ１３０は広い視野角Θ＝２θを有している。しかしながら、本発明の一実施態様による合成カメラの広角のＦＯＶは、要素カメラの視野の角度θとは異なる、当該合成カメラの要素カメラ１２０の光軸４４間の角度によって与えることができる。
【００５７】
[0061]  図３Ｂは、ＦＯＶの視野角θとそれぞれの光軸４４間の角度（θ＋α）とを有する２つの要素カメラ１２０を備えた、本発明の一実施態様による合成カメラ１７０の平面図を模式的に示している。ここで、例として、αはゼロより大きい。合成カメラ１７０は、視野角Θ＝（２θ＋α）を持つＦＯＶ１７１を有している。要素カメラ１２０のＦＯＶが重なり合っている繋ぎ目１７２は、もはや合成カメラ１００及び１５０における繋ぎ目１０２のようには平面状でないが、合成カメラ１７０からの距離と共に減少しカメラからの距離「Ｚ」において消失する交差領域を有している。
【００５８】
[0062]  正の値のαによってＦＯＶの視野角の起こり得る有利な増大がもたらされるが、その一方で、図３Ｂに影付きの領域１７３として示された何れの要素カメラ１２０も画像を供給しない死角が、合成カメラのＦＯＶ１７１の中に発生する。死角１７３は、合成カメラ１７０からの距離Ｚにおいて始まり、距離Ｚは、式Ｚ＝Δ／２ｔａｎ（α／２）により見積もることができる。ここで、Δは要素カメラ１２０の光学中心４２間の距離である。小さな角度αに対して、ＺはほぼΔ／αに等しい。
【００５９】
[0063]  αの上限は、任意的には、合成カメラ１７０が連続的な途切れない画像を供給することを予定された所望の被写界深度よりも、距離Ｚが大きいという制約を加えることによって決定される。例えば、合成カメラ１７０がカメラ１７０から２ｍに等しい被写界深度まで途切れない画像を供給することを予定され、且つΔが２ｃｍに等しい場合には、αの上限は、およそ０．６度に等しい。
【００６０】
[0064]  もしも図３Ｂにおいてαがゼロよりも小さいのならば、Θ＝（２θ＋α）はもちろん２θより小さくなり、また、要素カメラ１２０のＦＯＶが重なり合う繋ぎ目の幅は、合成カメラ１７０からの距離と共に増加するであろう。繋ぎ目の幅の増加が、例えば要素カメラ１２０の改善された調整をもたらすかもしれない使用にとって有利となるのでない限り、カメラ１２０の使用は一般に非効率であろう。例えば、当該カメラは、より小さな光センサー５０を有したより安価であるかもしれないカメラで置き換えることが可能であろう。一般的に、αはゼロより大きいか又はそれと等しいことが都合よい。αの下限は、任意的には、要素カメラ１２０の使用の非効率性が緩和するように決定される。
【００６１】
[0065]  上記説明では、本発明の実施態様による合成カメラは、全く同じＦＯＶを有した同一の要素カメラを備えるように示されている。しかしながら、本発明の実施態様は、全く同じＦＯＶを有した要素カメラを備える合成カメラに限定されない。例えば、本発明の一実施態様による合成カメラは、異なるＦＯＶを有した要素カメラを備えることができる。図３Ｃは、水平視野角θを持つ第１の要素カメラ１８１と水平視野角βを持つ第２の要素カメラ１８２を備えた合成カメラ１８０の平面図を模式的に示している。要素カメラは、それぞれの光軸が１／２（θ＋β）に等しい角度で交差して、広い水平視野角Θ＝（θ＋β）を有するＦＯＶ１８５を与えるように、配置されている。
【００６２】
[0066]  上記説明では、合成カメラは２つの要素カメラを備えるように示されているが、本発明の一実施態様による合成カメラは、２つより多い要素カメラを備えることができる。例として、３つの（任意的には同一の）要素カメラ２０３を備えた本発明の一実施態様による合成カメラ２００が、図４に透視図で模式的に示されている。それぞれの要素カメラ２０３は、垂直端５４（図ではそのうちのいくつかだけが符号を付されている）を持つ光センサー５０、光軸４４、及び水平視野角θによって特徴付けられたＦＯＶ３０を有している。
【００６３】
[0067]  合成カメラ２００において、要素カメラ２０３は、それらの光軸４４が、実質的に同一平面状に存在し、任意的には同じ交差領域２０５で交差するように構成されている。光軸４４は、それら３本の軸のうちの任意の２本の最接近点が適当な上限よりも小さい直径を有する同一の交差領域内に含まれれば、同一の交差領域で交差するとみなされる。これら光軸は、それらの軸のうちの任意の２本によって定まる平面の間の角度が、当該カメラにより提供される画像の歪みが合成カメラ２００の意図されたアプリケーションにおいて使いものにならない画像を提示する程にはひどくならない上限の角度よりも小さければ、実質的に同一平面上に存在するとみなされる。光センサー５０の垂直端５４は、光軸４４の平面に対して垂直である。任意の２本の隣り合った光軸４４間の角度は、θに等しい。したがって、この合成３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラは、水平視野角Θ＝３θを持つ合成ＦＯＶ２０７を有する。
【００６４】
[0068]  図５は、本発明の一実施態様に従って、それぞれ光軸３２１、３２２、３２３、及び３２４と、水平視野角θ及び垂直視野角φを持つＦＯＶ３０とを有した４つの（任意的には同一の）要素カメラ２２１、２２２、２２３、及び２２４を備えた３Ｄ  ＴＯＦ方式カメラ２２０を模式的に示している。本発明の一実施態様では、全ての光軸３２１、３２２、３２３、及び３２４は、同一の交差領域２３０で交差している。これらカメラは、光軸３２１及び３２２間の角度と光軸３２３及び３２４間の角度がθに等しくなるように向きを定められている。同様に、これらカメラは、光軸３２１及び３２３間の角度と光軸３２２及び３２４間の角度がφに等しくなるように向きを定められている。したがって、合成カメラ２２０は、水平視野角Θ＝２θと垂直視野角Φ＝２φによって特徴付けられた合成ＦＯＶを有する。
【００６５】
[0069]  本出願の詳細な説明と特許請求の範囲において、「備える」、「含む」、及び「有する」という動詞のそれぞれ並びにそれらの活用形は、当該動詞の目的語が必ずしも当該動詞の主題のうちの要素、成分、又は部分の完全なリストではないということを示すべく用いられている。
【００６６】
[0070]  本出願における本発明の実施態様の説明は、例として提供されたものであり、また、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。ここに説明された実施態様は様々な特徴を含んでおり、それらの全てが本発明のあらゆる実施態様において必要とされるわけではない。ある実施態様は、それら特徴のうちのいくつかのみ、又はそれら特徴の可能な組み合わせを利用する。本発明の説明された実施態様の変形、及びここに説明された実施態様において記された特徴の別の組み合わせからなる発明の実施態様は、当業者の心に浮かぶだろう。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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