(57)【要約】【課題】  簡単な構造で、容易に被写体の位置や距離情報又は３次元データを得ることができ、得られた画像を基に立体画像も簡単に形成可能にした撮像装置を提供する。【解決手段】  中心の光軸Ｓに対して回転対称に形成され周囲の被写体を撮像可能なレンズ光学系１２と、このレンズ光学系１２の周囲に配置されレンズ光学系１２の光軸Ｓを中心として同軸に形成された曲面を有する回転体鏡δを備える。被写体の一つの点Ｑに対して、レンズ光学系１２と回転体鏡δにより結像された複数の結像点Ｂ１，Ｂ２を撮像する撮像素子１４を有する。被写体の一つの点Ｑに対する複数の結像点Ｂ１，Ｂ２の位置を求めて、レンズ光学系１２と回転体鏡δとの幾何光学的関係から被写体の一つの点Ｑの位置を算出する。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心の光軸に対して回転対称に形成され周囲の被写体を撮像可能なレンズ光学系と、このレンズ光学系の周囲に配置され前記レンズ光学系の光軸と同軸に形成された曲面を有する曲面鏡とを備え、被写体の一つの点に対して前記レンズ光学系と前記曲面鏡により結像された複数の結像点を形成し、前記被写体の一つの点に対する前記複数の結像点の位置を検知して、前記レンズ光学系と前記曲面鏡との幾何光学的関係により前記被写体の一つの点の位置を算出可能としたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
中心の光軸に対して回転対称に形成され周囲の被写体を撮像可能なレンズ光学系と、このレンズ光学系の周囲に配置され前記レンズ光学系の光軸を中心として同軸に形成された曲面を有する曲面鏡と、被写体の一つの点に対して前記レンズ光学系と前記曲面鏡により結像された複数の結像点を撮像する撮像素子と、前記被写体の一つの点に対する前記複数の結像点の位置を検知して、前記レンズ光学系と前記曲面鏡との幾何光学的関係により前記被写体の一つの点の位置を算出する計測手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
前記レンズ光学系は、魚眼レンズを備えたものであることを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記曲面鏡は、前記レンズ光学系の光軸と同軸に配置された回転体状の曲面を有し、被写体の一つの点に対して前記レンズ光学系と前記曲面鏡により３個の結像点が形成されることを特徴とする請求項１，２または３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記レンズ光学系は、レンズの光軸回りに回転対称に形成され、３６０°全周から側方の光が入射可能に膨らんで略凸レンズ状に形成された環状の光入射面と、この光入射面と互いに略対向するように環状に形成され外方に膨らんだ形状に形成されこのレンズ内へ光を反射するように曲面鏡状に形成された第一反射面と、前記光入射面の環内の中央部に設けられ前記第一反射面からの反射光を前記第一反射面の環の内側部分に向けて反射する凸面鏡状の第二反射面と、前記第一反射面の環内中央部に位置し前記第二反射面と対向して前記第二反射面からの光を透過する光出射面とを備えたパノラマ撮像レンズを備えたものであることを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
【請求項６】
前記パノラマ撮像レンズは、その光入射面に入る光のうち、前記パノラマ撮像レンズの光軸上のほぼ一点に収束する方向に入射してくる光を結像させることを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】
前記曲面鏡は、前記レンズ光学系の光軸と同軸に配置されるとともに、前記光軸を中心として、少なくとも互いにほぼ対称な位置に鏡面を有することを特徴とする請求項１，２，３，４，５または６記載の撮像装置。
【請求項８】
前記曲面鏡は、前記レンズ光学系の光軸と同軸に配置され、前記光軸を中心とした回転体鏡であることを特徴とする請求項７記載の撮像装置。
【請求項９】
前記計測手段は、前記被写体の一つの点に対する前記複数の結像点を、撮像した画像のステレオマッチング処理により求め、これにより求めた複数の結像点を基に、前記被写体の１つの点の位置を算出し、これを繰り返して前記被写体の位置情報を３次元的に得ることを特徴とする請求項２，３，４，５，６，７または８記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記計測手段は、前記被写体の位置情報を演算し、前記被写体を３次元的に表示可能な位置情報を出力することを特徴とする請求項９記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、撮像した画像を基に距離測定や３次元画像情報の取得を可能にする撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学的に測距を行う場合、異なる２地点から対象物を測量し、この２点間の距離を基に、三角測量の原理により対象物までの距離を算出している。また、光学機器のオートフォーカス装置に用いられている測距装置は、異なる２カ所の視点から得られる画像の一致具合や、レンズのフォーカスの一致を基に概略的な距離を求めるものもあった。さらに、精密に測距する場合はレーザ光を利用した装置もある。
【０００３】
また、非特許文献１に開示されているように、被写体を異なる２地点から別々に撮像して、人の両眼で見た状態を作り出し、これを再生して立体視を可能にした装置もある。
【特許文献１】特開２０００−４３８３号公報
【特許文献２】特開２０００−１３４６４１号公報
【非特許文献１】３次元ディスプレイ  増田千尋著  産業図書株式会社
【非特許文献２】Ｃ言語における画像処理入門  安居院猛  長尾智晴著  昭晃堂
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術の場合、精密な測距情報を得るには、装置が大型化し、簡単に距離情報を得ることができるものではなかった。また、レーザ光を用いものは測距のみに用いられるもので、撮像した画像を利用することができるものではない。
【０００５】
また、従来の立体視再生装置は、立体的な画像を得るために複数の撮像装置を異なる地点に設置して画像を得る必要があり、撮像装置が大がかりなものであった。また、得られた画像から簡単に距離情報や３次元データを得ることができるものでもなかった。
【０００６】
その他、特許文献１には、パノラマ撮像レンズと回転体鏡を用いて物体の側周面全周を撮像可能とした画像取込装置が提案されている。しかし、この画像取込装置は、単に筒状の被写体の側周面や内周面の画像を撮像するために、鏡をパノラマ撮像レンズの前に配置したものであり、被写体の位置や３次元データを計測するためのものではなく、この点はまったく示唆しておらず、計測等が可能なレンズ条件及び構成を開示したものではない。また、特許文献２には、二対４枚の鏡を用いて立体写真を撮るカメラが提案されているが、これは、単に人の両眼による視差角度を得るための鏡をカメラの前に置いて、撮像するものであり、これも被写体の位置や３次元データを計測することができるものではない。
【０００７】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みて成されたもので、簡単な構造で、容易に被写体の位置や距離情報又は３次元データを得ることができ、得られた画像を基に立体画像も簡単に形成可能にした撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここでまず、本発明における基本的な考え方を以下に示す。図１において、光軸Ｓを通る任意の平面γ上にあり光軸Ｓ上の１点０に向かう光線Ｈが、光軸Ｓとなす角度をθとすると、光軸Ｓに直角な面β上にある全方位画像の中心（即ち焦点０）からの距離ｌ（エル）は、式（１）で表される。
【０００９】
【数１】
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上記式（１）なる関係で写像される光学特性を備えた構造のレンズ光学系を全方位カメラと称する。
【００１０】
いま、図２に示すｚ軸を回転軸とする回転体を考える。回転軸zを含む平面上の２点Ｃ，Ｄを結ぶ曲線ｃを、２点が存在する平面上の任意の軸zを中心として回転して出来る回転体の内部（即ち、回転軸側）に反射面を持つ回転体鏡δとする。全方位カメラαの光軸Ｓと回転体鏡δの回転軸ｚを一致させ、全方位カメラαへ直接入射する光線Ｈを遮るように回転体鏡δと全方位カメラαを位置させた構造体を設定する（図３）。
【００１１】
図３の構造体を、図１で想定した平面で切断した場合、図４の関係が得られる。図４においては、回転体鏡δの切断線が光軸Ｓの左右に１つずつ切断線ｃ1及び切断線ｃ2として現れる。まず、光軸Ｓとの角度θ1で交わる光線Ｈ1は、回転体鏡δの一方の切断線ｃ1により遮られ、点Ｑから発射された１本の光線Ｇ1で置き換えられる。一方、Ｑから発射したもう１本の光線Ｇ2は回転体鏡δの他方の切断線ｃ2により反射され、Ｈ2に置き換わって、光軸Ｓとθ2の角度で点Ｏに入射する。すなわち、光線Ｇ1、Ｇ2が全方位カメラαで得られる平面β上の全方位画像に、式（１）の関係を保って写像される。即ち、点Ｑの画像情報が、全方位画像上の中心０からの距離ｌ１，ｌ２の２地点
【００１２】
【数２】
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に写像される。点Ｑが今想定した平面上の理想的な点（位置のみあって体積がない）の場合には、点Ｑに関する結像点は、図３の構造体による全方位画像上に２点存在し、回転体鏡δの切断線ｃ1，ｃ2による結像点は２点以上は存在しない。
【００１３】
今もし何らかの方法で、得られた全方位画像上の２点が空間に存在する点Ｑの全方位画像であることが判明した場合、即ち、全方位画像の中心からの距離ｌ1、ｌ2が判明すると、（２）式よりθ1、θ2が与えられる。そして、切断線ｃ1、ｃ2における光線Ｇ1、Ｇ2の反射角度と回転体鏡δにおける反射点の位置がわかれば、点Ｑは直線Ｇ1、Ｇ2の交点として求められ、点Ｑの座標が定められることになる。
【００１４】
本願発明は、以上の理論を用いたもので、本願請求項１記載の発明は、中心の光軸に対して回転対称に形成され周囲の被写体を撮像可能なレンズ光学系と、このレンズ光学系の周囲に配置され前記レンズ光学系の光軸と同軸に形成された曲面を有する曲面鏡とを備え、被写体の一つの点に対して前記レンズ光学系と前記曲面鏡により結像された複数の結像点を形成し、前記被写体の一つの点に対する前記複数の結像点の位置を検知して、前記レンズ光学系と前記曲面鏡との幾何光学的関係により前記被写体の一つの点の位置を算出可能とした撮像装置である。
【００１５】
また本願請求項２記載の発明は、中心の光軸に対して回転対称に形成され周囲の被写体を撮像可能なレンズ光学系と、このレンズ光学系の周囲に配置され前記レンズ光学系の光軸を中心として同軸に形成された曲面を有する曲面鏡と、被写体の一つの点に対して前記レンズ光学系と前記曲面鏡により結像された複数の結像点を撮像する撮像素子と、前記被写体の一つの点に対する前記複数の結像点の位置を検知して、前記レンズ光学系と前記曲面鏡との幾何光学的関係により前記被写体の一つの点の位置を算出する計測手段を備えた撮像装置である。
【００１６】
前記レンズ光学系は、魚眼レンズを備えたものである。前記曲面鏡は、前記レンズ光学系の光軸と同軸に配置された回転体状の曲面を有し、被写体の一つの点に対して前記レンズ光学系と前記曲面鏡により３個の結像点が形成される撮像装置である。
【００１７】
また、前記レンズ光学系は、レンズの光軸回りに回転対称に形成され、３６０°全周から側方の光が入射可能に膨らんで略凸レンズ状に形成された環状の光入射面と、この光入射面と互いに略対向するように環状に形成され外方に膨らんだ形状に形成されこのレンズ内へ光を反射するように曲面鏡状に形成された第一反射面と、前記光入射面の環内の中央部に設けられ前記第一反射面からの反射光を前記第一反射面の環の内側部分に向けて反射する凸面鏡状の第二反射面と、前記第一反射面の環内中央部に位置し前記第二反射面と対向して前記第二反射面からの光を透過する光出射面とを備えたパノラマ撮像レンズを備えたものである。前記パノラマ撮像レンズは、その光入射面に入る光のうち、前記パノラマ撮像レンズの光軸上のほぼ一点に収束する方向に入射してくる光を結像させるものである。
【００１８】
前記曲面鏡は、前記レンズ光学系の光軸と同軸に配置されるとともに、前記光軸を中心として、少なくとも互いにほぼ対称な位置に鏡面を有する。さらに、前記曲面鏡は、前記レンズ光学系の光軸と同軸に配置され、前記光軸を中心とした回転体鏡である。また、前記回転体鏡は、凹面鏡及び凸面鏡のいずれでも良く、円錐面状の鏡でも良い。さらに、放物線や双曲線の回転体鏡であっても良い。
【００１９】
また前記計測手段は、前記被写体の一つの点に対する前記複数の結像点を、撮像した画像のステレオマッチング処理により求め、これにより求めた複数の結像点を基に、前記被写体の１つの点の位置を算出し、これを繰り返して前記被写体の位置情報を３次元的に得るものである。さらに、前記計測手段は、前記被写体の位置情報を演算し、前記被写体を３次元的に表示可能な位置情報を出力する撮像装置である。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の撮像装置によれば、一台のカメラにより撮像した画像を基に、その被写体の位置情報や３次元情報を容易に得ることができる。さらに、その情報を基に立体視を可能にするデータを得ることができ、３次元映像を容易に形成することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。この実施形態では、一般的な全方位カメラのレンズ光学系として、魚眼レンズを用いた。魚眼レンズでは、図５に示す如く、レンズの焦点Ｏに向かって入射する光線Ｈと、焦点Ｏを中心とする半径Ｒの半球α１との交点Ａを、半球の頂点Ｐと焦点Ｏを結ぶ直線（これが魚眼レンズにおける光軸Ｓである）と直角に交わり、且つ焦点Ｏを含む平面β上のＢ点に写像する。平面βにより分割されて出来る２つの空間のうち、点Ｐの存在する空間の点から出た焦点Ｏに向かう全ての光線と、魚眼レンズの光学系である想定半球α１との全ての交点は、平面β上の焦点Ｏを中心とする半径Ｒの円内に全て写像される。点Ａと点Ｂの位置関係は魚眼レンズが持つ射影規則によりそれぞれ異なるが、その１例として、等距離射影方式の場合では、以下に述べる関係を保って、想定半球α１上の各点が平面β上に写像される。
【００２２】
いま、点Ａと光軸Ｓで作る平面γ（図５に示す）を考え、その平面上での各点の関係を図６に示す。点Ａは半径Ｒの円上に、点Ｂも平面γ上に存在する。光線Ｈの入射角をθとし、点ＯＢ間をＯＢ＝ｌとすると、
【００２３】
【数３】
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で与えられる。すなわち、入射光線Ｈが光軸Ｓと成す角度θが、全方位画像上に表現される。
【００２４】
ここで、回転体鏡の例として、図７に示す回転体鏡δを考える。図２において示した任意曲線ｃは、半径ｒの円Ｆの一部とする。回転軸ｚから円Ｆはａ離れており、点Ｃは回転軸ｚから距離ｄ、点Ｄは距離ｅ離れているとする。図７の回転体鏡は軸ｚ側を反射面とする。
【００２５】
魚眼レンズと回転体鏡δにより構成した撮像装置の模式的構造を図８に示す。図８は、回転体δの回転軸ｚと、魚眼レンズの光学系である想定半球α１における光軸Ｓとを一致させ、魚眼レンズの全方位画像が得られる平面βと、回転体鏡δの点Dが回転してできる平面を一致させることによりできる構造体を、平面γで切断したときの状態を示す。円Ｆの中心Ｆ（ｘ０，ｙ０）が回転軸ｚで回転することによってできる平面は、平面βに平行であり、平面γをｘｙ平面とし、焦点Ｏを原点（０，０）とした時の円Ｆの一方の中心座標をＦ（ｘ０，ｙ０）、他方の円の中心座標はＦ’（ｘ０，ｙ０）となり、ｘ０＝ａである。また、想定半球α１の半径Ｒは点Ｄの回転半径ｅと一致する。
【００２６】
平面γ上でのこの実施形態におけるレイトレースは、図９に示すようになる。回転体鏡δと平面γとの交線は直線ＯＰに関し線対称なｃ１，ｃ２の２つが与えられる。平面γ内の１つの点Ｑから出た２つの光線Ｇ１，Ｇ２がｃ１のＮ１点、ｃ２のＮ２点で反射され、入射角θ2R、θ2Lとして焦点Ｏに向かい、想定半球α１と点Ａ１，Ａ２で交わる。これら点Ａ１，Ａ２は、等距離射影の全方位カメラαの場合には式（３）で示した関係により、一方は点Ｂ１として、他方は点Ｂ２として平面β上の全方位画像上に射影される。
【００２７】
いま、全方位画像の中心を通る直線（平面γにより切断Ｎ１された平面βの軌跡）上の２点が平面γの1点から出たものであると判明したとすると、魚眼レンズの光学系である想定半球α１上の点Ａ１，Ａ２が求まり、したがってＮ１点、Ｎ2点が得られる。それにより直線の光線Ｇ１，Ｇ２が与えられ、空間の実点Ｑの位置、即ち長さＯＱ及び角度θを求めることが出来る。よって、距離と方向を測定することが可能である。
【００２８】
図９において、既知のパラメータ（ｘ０，ｙ０）、ｒによって、求めるべき点Ｑに関するパラメータｒ1、θ１の関係は、以下により表すことができる。
【００２９】
まず、角度θ2Rおよびｒ2Rを補助パラメータとして用いると鏡面ｃ1に関して
【数４】
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【数５】
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なる関係が得られる。また、角度θ2Lおよびｒ2Lを補助パラメータとして用いると、鏡面ｃ２に関して
【数６】
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【数７】
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なる関係が得られる。
【００３０】
次に、点Ｑに関するパラメータｒ1，θ１は以下の手順で求めることができる。
I．ステレオマッチングにより、θ2Rとθ2Lを求め、その値を（４），（５），（６），（７）式に代入する。
II．（５）式を（４）式に代入した式によりｒ2Rを消去し、（７）式を（６）式に代入した式によりｒ2Lを消去する。
III．上記IIで求めた２式は、既知のパラメータ（ｘ０，ｙ０）、ｒと、求めるべき点Ｑに関するパラメータｒ1，θ1だけの式になり、連立方程式を解く事によってパラメータｒ1，θ1を求めることができる。
【００３１】
ここで、ステレオマッチングとは、画像中の２点の対応を見つけ出す方法である（例えば、非特許文献２の頁１２７〜１３１）。この実施形態では、図９の点Ｑを特定するためのステレオマッチングにおいて、図１０に示すように、同一直線（エピポーラ線）上にある２つの画像の２点が同一点である事を見つけ出す。具体的には、左右のうちの一方の画像をテンプレートとして、他方の画像との画像中の所定のブロックでテンプレートマッチングを行う。これをブロックマッチング基づくステレオマッチングという。この実施形態では、点Ｂ１と同じ点を探す場合、所定ブロックの色と輝度を比較して同一点か否かを調べる手法を用いた。このブロックをできる限り小さくして、マッチングを行い、上記式により位置を演算して求めることにより、立体映像を出力するための位置データを得ることができる。そのほか、その画像の他の情報を用いてマッチングを行っても良い。
【００３２】
この実施形態の撮像装置は、例えば図１１に示すような装置から成る。この装置は、カメラ１０の魚眼レンズを含むレンズ光学系１２と、回転体鏡δにより結像された複数の結像点を撮像する撮像素子１４とを備え、被写体の一つの点に対する複数の結像点の位置を求めて、レンズ光学系１２と回転体鏡δとの幾何光学的関係から被写体の一つの点Ｑの位置を算出する計測手段であるコンピュータ１６を備える。
【００３３】
そして、上記の演算をコンピュータ１６により行い、得られた被写体の位置情報を記憶し、計測データとすることができる。さらに、その位置情報である計測データを元に、立体映像表示プログラムによりモニタ１８に立体映像を表示することができる。被写体の位置情報から立体映像を出力する方法としては、例えば、メガネを用いない方法として、パララックス方式、レンチキュラ方式、インテグラル方式、大凹面ミラー方式、及び大凸レンズ方式がある（例えば、非特許文献１の頁１２２〜１２７）。
【００３４】
この実施形態の撮像装置によれば、１台のカメラ１０と魚眼レンズを有したレンズ光学系１２、及び回転体鏡δを用いるだけで、被写体の各点の位置情報を取得することができる。特に魚眼レンズを用いると、魚眼レンズの特徴である被写界深度が無限大であることを生かし、最適撮像可能な被写体の範囲を、曲面鏡または回転体鏡の設定により適宜設定することができる。
【００３５】
また、魚眼レンズは、レンズ正面からの直接入力光もあり、この交線は図９に示すように入射角θ1で直接焦点に向かい、半球α１とＡ３で交わり、全方位レンズの射影原理式（１）に従って、Ｂ３点に射影される。そして、３点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は平面γ上の直線（エピポーラ線）上に存在する。この直線は、３分割されるもので、３分割されたそれぞれの部分に上記の３点が存在する。これにより、３点で被写体の点の位置を演算することができ、より正確に位置情報を得ることができる。
【００３６】
なお、魚眼レンズの他の投影規則である、平射投影方式、等立体角射影方式、正射影方式の各方式についても、その方式に関する数式に基づいて上述の式等の関係式により被写体の各点の位置を求めることができる。
【００３７】
次にこの発明の他の実施形態について説明する。この実施形態ではレンズ光学系として、以下に説明するパノラマ撮像レンズを用いた。このパノラマ撮像レンズは、３６０°の周囲映像を撮ることができるものである。
【００３８】
この実施形態のパノラマ撮像レンズ２０は、光学ガラスやレンズ用の透明樹脂等で形成され、レンズ中心の光軸回りに回転対称に形成されている。パノラマ撮像レンズ２０は、３６０°の視界を一度に撮像できるように３６０°全周から側方の光が入射する環状の光入射面２２を備える。光入射面２２は、側方に膨らんだ凸レンズ状に形成されている。この光入射面２２に対して所定の間隔を隔てて、光入射面２２から入射した光をレンズ２０内へ反射する環状の第一反射面２３が形成されている。環状の光入射面２２の環内中央部には、第一反射面２３からの反射光を第一反射面２３の環の内側部分に向けて反射する第二反射面２４が設けられている。第一反射面２３は側方に膨らんだ凸面状に形状され、第一反射面２３のレンズ２０内面側が、第二反射面２４の方向を向いた環状の凹曲面鏡の反射面となっている。第二反射面２４は、凹面状に形成されレンズ２０の内面側が凸面鏡状の反射面となっている。そして、環状の第一反射面２３の環内中央部には、第二反射面２４と対向する位置に、第二反射面２４からの光を透過する光出射面２５が形成されている。
【００３９】
光入射面２２、第一光反射面２３、及び第二光反射面２４の各表面形状は、光入射面２２から入射した３６０°のパノラマ画像が、光出射面２５を経て得られるように、球面または適宜の式で設定される非球面形状に形成されている。光出射面２５は、光学系に合わせて凹面、凸面または平面状に形成される。また、光入射面２２と第一反射面２３との間に所定厚みがありその側周面３０が所定の幅で設けられている。
【００４０】
このパノラマ撮像レンズ２０は、図１２に示すように、パノラマ撮像レンズ２０の光入射面２２から入射する平行光のうち、光軸上の１箇所に集まる方向に入射した光束により画像を形成するものである。さらに、パノラマ撮像レンズ２０は、前方から側方までの周囲３６０°の被写体からの入射光により画像を形成する。
【００４１】
このパノラマ撮像レンズ２０と回転体鏡δの位置関係は、図１３、図１４に示すように、回転体鏡δにより反射して入射する光のうち、パノラマ撮像レンズ２０の光軸Ｓのほぼ１点に集中する方向の入射光が、上記実施形態と同様の原理により、被写体の位置情報や３次元データを演算することができる入射光として画像を形成する。また、図１３，図１４に示すように、回転体鏡δの位置を光軸方向に移動させることにより、被写体を良好に撮像可能な範囲Ａを調節することができる。
【００４２】
例えば、図１３に示す回転体鏡δは、レンズ光学系の光軸Ｓと同軸に配置された回転体状の曲面を有し、その曲率は、第一レンズ面（光入射面２２）の延長上の頂点を座標系(Z,Y)の座標原点(0,0)としたとき、曲率の中心をZ=-13.855 mm  Y=-34.00
mm とし、半径を48mmとした円弧である。また、図１４は、回転体鏡δの曲率の中心をZ=-10.425 mmとした場合を示す。図１３、図１４では、被写体を良好に撮像可能な範囲Ａが、図１３に対して図１４の場合はレンズ側に近くなっている。
【００４３】
この実施形態のパノラマ撮像レンズ２０も、図１１に示すような撮像装置として用いられ、被写体の位置情報を取得し、立体映像の作成や、計測・測距に利用される。また、その測距原理は上記実施形態で説明したものと同様であり、この実施形態によっても前記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
なお、この発明の撮像装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、曲面鏡または回転体鏡の形状は、円弧状の線の回転体状や球面状の他、楕円状、放物線状、双曲線状、直線状等の線を、光軸を中心として回転させた非球面形状に設定することもできる。非球面形状の回転体鏡δ（曲面鏡）としては、例えば、後述する実施例２のように数値を設定することができる。
【００４５】
また、曲面鏡または回転体鏡の形状や位置を適宜調節することにより、対象とする被写体の位置や良好な撮像範囲を適宜選択することができる。さらに、回転体鏡内部を空気より大きい屈折率の透明体、例えばガラスで充填し、距離測定できる範囲を拡大したものでも良い。これらの光学系に関する幾何光学的関係等に用いる式は、レンズ特性や鏡面の形状に関する式を用いることができるものであり、その他既知の各種理論式を用いることができる。また、回転体鏡を形成する曲面鏡は、連続した回転体でなくても良く、回転体の一部を構成する曲面を所定位置に配置したものであれば良く、たとえば、光軸を中心として互いに対象な位置に所定の大きさで回転体鏡の一部を構成する一対の曲面鏡を配置したものでも良い。
【実施例１】
【００４６】
次にこの発明の撮像装置の一実施例について、以下に説明する。この実施例では、全方位カメラの光学系に用いるレンズとして、パノラマ撮像レンズ２０を用いた。このパノラマ撮像レンズ２０とその撮像光学系３２、及び回転体鏡δを用いた場合のレイトレースを図１５に示す。この実施例の場合も、被写体の任意の一つの点Ｑに対して回転体鏡δとパノラマ撮像レンズ２０およびその他の撮像光学系３２により、二つの結像点Ｂ１，Ｂ２が得られ、上記実施形態と同様に、点Ｑの位置を求めることができる。この実施例では、パノラマ撮像レンズ２０を用いた光学系に、バンドパスフィルタ（G-BPF）３４を入れて、特定波長のみにより測距を行うようにしたものである。これにより、より正確に位置情報を計算することができ、正確な測距が可能となる。
【００４７】
この実施例の回転体鏡δは、レンズ光学系の光軸と同軸に配置された回転体状の曲面を有し、その曲率は、第一レンズ面（光入射面２２）の延長上の頂点を、座標系(Z,Y)の座標原点(0,0)としたとき、曲率の中心をZ=-13.855 mm  Y=-34.00
mm とし、半径を48mmとした円弧である。この実施例のレンズ系は表１の値をとる。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
この実施例によれば、被写体の一つの点に対して二つの結像を得て、人の目の視差による立体視を容易に再現することができる。また、被写体をバンドパスフィルタ３４を通して撮像することにより、ほぼ単一波長で測距することができ、より精度良く計測することができる。
【実施例２】
【００５０】
次に、非球面を使用した曲面鏡の例を示す。この実施例でも、全方位カメラの光学系に用いるレンズとして、パノラマ撮像レンズ２０を用いた。表２にその条件を示す。
【００５１】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の基本的な考え方を説明する概念図である。
【図２】この発明に用いる回転体鏡の一例としてのｚ軸を回転軸とする回転体である。
【図３】この発明の全方位カメラへ直接入射する光線を遮るように回転体鏡を配置した構造体を示す概念図である。
【図４】図３の構造体を、図１で想定した平面で切断した場合を示す概念図である。
【図５】この発明の一実施形態に用いる魚眼レンズの光学系である想定半球α１と想定半球α１上の点Ａと光軸Ｓで作る平面γを示す概念図である。
【図６】この発明の一実施形態に用いる魚眼レンズの光軸を含む平面上での各点の関係を示す概念図である。
【図７】この発明の一実施形態に用いる回転体鏡を示す概念図である。
【図８】この発明の一実施形態に用いる魚眼レンズと回転体鏡により構成した撮像装置の模式的構造示す概念図である。
【図９】この発明の一実施形態に用いる魚眼レンズと回転体鏡により構成した撮像装置のレイトレースを示す図である。
【図１０】この発明の一実施形態に用いるステレオマッチング法を示す概念図である。
【図１１】この発明の一実施形態の撮像装置の概略構成図である。
【図１２】この発明の他の実施形態に用いるパノラマ撮像レンズに入射する平行光のレイトレースを示す概略図であって、光入射面から入射した光のうち光軸上の１箇所集まる方向に入射した光束により画像が形成されることを示すものである。
【図１３】この発明の他の実施形態に用いるパノラマ撮像レンズのレイトレースを示す概略図である。
【図１４】この発明の他の実施形態に用いるパノラマ撮像レンズの回転体鏡の位置を移動させた場合のレイトレースを示す概略図である。
【図１５】この発明の撮像装置にパノラマ撮像レンズを用いた光学系の一実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  カメラ
１２  レンズ光学系
１４  撮像素子
１６  コンピュータ
１８  モニタ
α  全方位カメラ
α１  想定半球（魚眼レンズ）
δ  回転体鏡
【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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