(57)【要約】【課題】  広角の視野を備える小型化された撮像装置を提供することを目的とする。【解決手段】  曲面形状の反射面を有する反射ミラーと、反射面によって反射された光を受光して光学的な像を形成する結像レンズを含む撮像光学系と、撮像光学系により結像される光学的な像を電気的な画像信号に変換して出力し、結像レンズと対向して配置される撮像素子とを備え、結像レンズと、結像レンズが形成する光学的な像を受光する複数の受光部を有する撮像素子上の撮像領域とによりユニットが構成されており、複数のユニットが２次元に配列されていることにより装置の周囲３６０°の方向の画像情報を一度に取得することができる。【選択図】  図１
2006211367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の光学的な像を電気的な画像信号として出力可能な撮像装置であって、
曲面形状の反射面を有する反射ミラーと、
前記反射面によって反射された光を受光して光学的な像を形成する結像レンズを含む撮像光学系と、
前記撮像光学系により結像される光学的な像を電気的な画像信号に変換して出力し、前記結像レンズと対向して配置される撮像素子とを備え、
前記結像レンズと、当該結像レンズが形成する光学的な像を受光する複数の受光部を有する前記撮像素子上の撮像領域とによりユニットが構成されており、
複数の前記ユニットが２次元に配列されていることを特徴とする、広角撮像装置。
【請求項２】
前記反射ミラーは、放物面の形状を有する凸面鏡を含むことを特徴とする、請求項１記載の広角撮像装置。
【請求項３】
前記撮像素子により出力される複数の前記画像信号に基づいて、被写体像の画像信号を生成する画像合成器を備え、
前記画像合成器は、複数の前記ユニットにより出力される複数の前記画像信号に基づいて、前記放物面の焦点を視野中心とする前記被写体像の画像信号を生成することを特徴とする、請求項２記載の広角撮像装置。
【請求項４】
前記反射ミラーは、２葉双曲面のうち、一方の双曲面の形状を有する凸面鏡を含むことを特徴とする、請求項１記載の広角撮像装置。
【請求項５】
前記撮像光学系は、前記反射面により反射された光のうち、前記結像レンズの配列位置に応じた画角の光を入射させる偏向素子とを含み、
前記反射面によって反射され、前記撮像素子に入射する光の主光線は、２葉双曲面のうち、他方の双曲面の焦点を通ることを特徴とする、請求項４記載の広角撮像装置。
【請求項６】
前記撮像素子により出力される複数の前記画像信号に基づいて、被写体像の画像信号を生成する画像合成器を備え、
前記画像合成器は、複数の前記ユニットにより出力される複数の前記画像信号に基づいて、前記反射ミラーの焦点を視野中心とする前記被写体像の画像信号を生成することを特徴とする、請求項４記載の広角撮像装置。
【請求項７】
前記偏向素子は、レンズからなることを特徴とする、請求項４記載の広角撮像装置。
【請求項８】
前記偏向素子は、フレネルレンズからなることを特徴とする、請求項４記載の広角撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広角の画角を撮影するための撮像装置に関し、より特定的には、反射ミラーにより反射された画像の撮影を行う小型化された広角撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、広い範囲の視覚情報を入力することのできる画像入力装置が研究されている。これらは、移動型ロボットや監視装置などへの応用が期待されており、その中でも特に、視覚情報を一度に多く取得することができる画像入力装置が研究されている。
【０００３】
このような画像入力装置として、装置の周囲３６０°の方向の画像情報（以下、全方位画像という）を一度に取得することができる広角撮像装置が提案されている。そして、これらの広角撮像装置の１つとして、回転体ミラーを用いた装置が知られている。この装置は、鉛直下向きに設置した反射面を有する回転体ミラーと、回転体ミラーの鉛直下向きの方向に設置された撮像装置とから構成され、回転体ミラーにより反射された被写体光を撮像装置により撮像する。これにより、全方位画像を一度に取得することが可能である。しかしながら、回転体ミラーの形状に円錐や球面を用いた広角撮像装置は、その形状の性質により、大きな収差が発生するため、撮像画像の画質が低いという問題や、撮像画像が歪み、観察者にとって見づらくなるという問題があった。
【０００４】
これに対して、回転体ミラーの形状を放物面または双曲面にした広角撮像装置が提案されている（特許文献１）。例として、双曲面ミラーを用いた広角撮像装置について説明する。図１０は、双曲面ミラーを用いた広角撮像装置の構成を示す概略図である。広角撮像装置５００は、回転軸対称形状を有する双曲面ミラー５０１と、結像レンズ５０２と、撮像素子５０３とを備える。ここで、双曲面ミラー５０１の回転中心軸をＺ軸とする。また、Ｚ軸と垂直な平面内において、直交する軸をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする。
【０００５】
広角撮像装置５００は、２葉双曲面のうち、一方の双曲面を反射ミラーとして用いている。図１１に示すように、２葉双曲面は、２つの焦点５０４ａおよび５０４ｂを有する。焦点５０４ａは、双曲面ミラー５０１として用いられる双曲面の焦点である。一方、焦点５０４ｂは、２葉双曲面のうち、他方の双曲面の焦点である。なお、双曲面ミラー５０１は、ＺＹ平面による切り口の形状は双曲線になり、ＸＹ平面による切り口の形状は円になる性質を有する。
【０００６】
結像レンズ５０２は、撮像素子５０３上に被写体の光学的な像を形成する。結像レンズ５０２は、結像レンズ５０２の主点５０７の位置と、双曲面の焦点５０４ｂの位置とが等しくなるように設置されている。
【０００７】
図１０（ａ）に示すように、ＹＺ平面内の任意の点Ｐからの光束は、焦点５０４ａに向かって入射する。双曲面ミラー５０１に入射した光束５０８ａ、５０８ｂは、反射面上で反射したあと、主点５０７に集光される。なお、主点５０７は、２葉双曲面のうち、他方の双曲面の焦点５０４ｂと等しい位置にある。主点５０７に集光された光束は、図１０（ｂ）に示すように、結像レンズ５０２により、撮像素子５０３の撮像面５０５上に結像される。このとき、光束５０８ａおよび５０８ｂは、撮像素子５０３の撮像面５０５上の結像点５１０ａ、５１０ｂにそれぞれ結像される。
【０００８】
このように、双曲面ミラーを用いた広角撮像装置は、結像レンズの主点と、双曲面の焦点とを等しい位置に構成することにより、任意の点Ｐからの光束の延長が、２葉双曲面のうち、双曲面ミラーのもう一方の双曲面の焦点を通過する光学系を構成することができる。これにより、撮像面に結像される画像は、双曲面ミラーの焦点を中心とする座標系に変換することが可能となる。したがって、双曲面ミラーを用いた広角撮像装置は、双曲面ミラーの回転軸周り３６０°の方向の画像を一度に撮像面に結像させることができる。
【０００９】
また、放物面ミラーを用いた広角撮像装置は、双曲面と同様に、放物面は焦点を有することから、撮像面に結像される画像を放物面ミラーの焦点を中心とする座標系に変換が可能である。したがって、放物面ミラーの回転軸周り３６０°の方向の画像を一度に撮像面に結像させることができる。
【００１０】
一方、近年、電子機器や携帯機器の小型化に伴い、これらの装置に搭載可能な撮像装置が要求されている。しかしながら、単一の光学系を用いた従来の撮像装置は、収差の発生を抑え、一定の光学性能を確保するために、複数のレンズを光軸方向に組み合わせることにより、光学系を構成している。したがって、単一の光学系を用いた従来の撮像装置は、小型軽量化に限界がある。
【００１１】
これに対して、昆虫等が持つ複眼構造を模倣した光学系を備える撮像装置が提案されている（特許文献２または特許文献３）。このような複眼光学系を備えた撮像装置は、複数の撮影レンズ部をもつレンズアレイと、レンズアレイに対向配置された平面上の撮像素子により構成されている。撮影レンズ部により、被写体の部分画像を撮像素子上の所定領域に結像させ、これらの部分画像を合成することにより、全体画像を得ることができる。これにより、結像レンズと撮像素子との距離を短くすることができ、単一の光学系を用いた撮像装置と比べて、小型軽量化することができる。
【特許文献１】特許第２９３９０８７号公報
【特許文献２】特開２００１−５０５４号公報
【特許文献３】特開２００２−１７１５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
双曲面ミラーを用いた広角撮像装置５００において、被写体の虚像が形成される位置は、双曲面ミラー５０１の形状によって変化する。図１２に示すように、物体５１１ａから発せられた光束は、双曲面ミラー５０１上で反射したあと、結像レンズ５０２を介して、撮像素子５０３の撮像面５０５上に結像される。また、物体５１１ａの虚像５１１ｂが、双曲面ミラー５０１により形成される。虚像５１１ｂが形成される位置から撮像素子５０３までの距離は、物体５１１ａから双曲面ミラー５０１までの距離や、物体５１１ａが発する光束の双曲面ミラー５０１に入射する径方向の位置、すなわち双曲面ミラーの形状などに依存する。したがって、双曲面ミラーを用いた広角撮像装置５００は、虚像５１１ｂに対して撮像素子５０３の視野内全体を合焦可能とするために、被写界深度の深い結像レンズ５０２を必要とする。
【００１３】
しかしながら、深い被写界深度を得るためには、結像レンズ５０２と撮像素子５０３との距離、および結像レンズ５０２と双曲面ミラー５０１との距離を大きくする必要がある。したがって、広角撮像装置５００は、光学系の全長を短くすることが困難である。また、双曲面ミラー５０１の径は、結像レンズ５０２と双曲面ミラー５０１との距離、すなわち、結像レンズ５０２に入射する光線の入射角に依存するため、広角撮像装置全体の小型化が困難であるという問題があった。また、双曲面ミラー５０１の断面の曲率は、ＸＹ断面とＺＹ断面とで異なるため、虚像が一点に結ばれず、撮像画像の画質が劣化するという問題があった。
【００１４】
また、放物面ミラーを用いた広角撮像装置は、物体から発せられ、放物面ミラー上で反射された光束の主光線が、各結像レンズの光軸と平行になる性質を有する。しかしながら、これらの平行射影が成立する受光系は、従来の広角撮像装置および光学系では実現することができず、撮像画像を放物面の焦点を中心とする画像へ正確に変換することができなかった。
【００１５】
一方、特許文献２および特許文献３に記載された複眼光学系を備えた撮像装置は、結像レンズを小径化し、結像レンズと撮像素子との間の距離を短くすることにより、小型化を図っている。しかしながら、被写体と結像レンズとの距離、および結像レンズと撮像素子との距離とを含む光学系の全長を短くすることについては提案されていない。また、他の光学系と組み合わせて撮像装置全体を小型化することについても提案されていない。
【００１６】
そこで本発明の目的は、上記の問題を解決するために、光学系を含む装置全体を小型化するとともに、画質の劣化が抑制された鮮明な全方位画像を取得可能な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】
【００１７】
本発明の目的は、以下の構成を備えた広角撮像装置によって達成される。
被写体の光学的な像を電気的な画像信号として出力可能な撮像装置であって、
曲面形状の反射面を有する反射ミラーと、
反射面によって反射された光を受光して光学的な像を形成する結像レンズを含む撮像光学系と、
撮像光学系により結像される光学的な像を電気的な画像信号に変換して出力し、結像レンズと対向して配置される撮像素子とを備え、
結像レンズと、結像レンズが形成する光学的な像を受光する複数の受光部を有する撮像素子上の撮像領域とによりユニットが構成されており、
複数のユニットが２次元に配列されていることを特徴としている。
【００１８】
この構成により、撮像素子と結像レンズとの距離、および反射ミラーと結像レンズとの距離を短くすることができる。これに伴い、反射ミラーも小さくすることができるので、小型化された広角撮像装置を提供することができる。
【００１９】
一例として、反射ミラーは、放物面の形状を有する凸面鏡を含むことを特徴としている。
【００２０】
この構成により、放物面ミラーにより反射された光束は、各結像レンズに平行光として入射し、撮像素子上に結像される。これにより、撮像画像は、放物面の焦点を中心とした画像に容易に変換できるので、光学系の全長が短い小型化された広角撮像装置を提供することができる。
【００２１】
具体的には、撮像素子により出力される複数の画像信号に基づいて、被写体像の画像信号を生成する画像合成器を備え、
画像合成器は、複数のユニットにより出力される複数の画像信号に基づいて、放物面の焦点を中心とする被写体像の画像信号を生成することを特徴としている。
【００２２】
この構成により、ユニットごとに出力される被写体の部分画像は、放物面ミラーの焦点を視野中心とする単一の全体画像に合成される。
【００２３】
一例として、反射ミラーは、２葉双曲面のうち、一方の双曲面の形状を有する凸面鏡を含むことを特徴としている。
【００２４】
この構成により、撮像画像は、双曲面ミラーの焦点を中心とした画像に変換することができる。
【００２５】
具体例として、撮像光学系は、反射面により反射された光のうち、結像レンズの配列位置に応じた画角の光を入射させる偏向素子とを含み、
反射面によって反射され、撮像素子に入射する光の主光線は、２葉双曲面のうち、他方の双曲面の焦点を通ることを特徴としている。
【００２６】
この構成により、双曲面ミラーにより反射された光束は、複数の結像レンズにより構成されるレンズアレイにより、撮像素子上に結像される。これにより、撮像画像は、双曲面ミラーの焦点を中心とした画像に容易に変換できるので、光学系の全長が短く小型化された広角撮像装置を提供することができる。また、径の小さい結像レンズを用いることにより、双曲面ミラーでの反射領域を小さくすることができるので、虚像の形成される位置のずれが微小となり、画質の劣化が抑制された全方位画像を得ることができる。
【００２７】
具体例として、撮像素子により出力される複数の画像信号に基づいて、被写体像の画像信号を生成する画像合成器を備え、
画像合成器は、複数の画像信号に基づいて、反射ミラーの焦点を視野中心とする被写体像の画像信号を生成することを特徴としている。
【００２８】
この構成により、ユニットごとに出力される被写体の部分画像は、双曲面ミラーの焦点を視野中心とする単一の全体画像に合成される。
【００２９】
具体例として、偏向素子は、レンズからなることを特徴としている。
【００３０】
この構成により、各結像レンズに入射する光束は、平行光に屈折されるので、被写体に対する視野を確保することができ、結像レンズを平面上に配置することができる。
【００３１】
具体例として、偏向素子は、フレネルレンズからなることを特徴としている。
【００３２】
この構成により、被写体に対する視野を確保することができる効果に加えて、レンズの厚さを薄くすることができるので、さらに光軸方向に小型化することができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上のように、光学系を含む装置全体を小型化するとともに、画質の劣化が抑制された鮮明な全方位画像を取得可能な広角撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る広角撮像装置１００の構成を示す概略図である。広角撮像装置１００は、放物面ミラー１と、レンズアレイ３と、撮像素子４と、Ａ／Ｄ変換器１２と、画像合成器１３とを備える。
【００３５】
放物面ミラー１は、反射面を有する凸面鏡であり、焦点５を有する放物線を軸周りに回転させて得られる曲面形状である。図１に示すように、放物面ミラー１の回転中心軸６は、鉛直方向を示すＺ軸と一致する。また、Ｚ軸と垂直な平面内において、直交する軸をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする。なお、放物面ミラー１は、ＺＹ平面による切り口の形状は放物線になり、ＸＹ平面による切り口の形状は円になる性質を有する。
【００３６】
レンズアレイ３は、複数の微小な結像レンズにより構成され、撮像素子４と対向して配置される。本実施の形態において、レンズアレイ３は、単一の平面内に、それぞれＸ方向に５個、Ｙ方向に５個の合計２５個の結像レンズにより構成される。レンズアレイ３に入射した光束は、結像レンズの屈折作用により撮像素子４上に結像される。
【００３７】
撮像素子４は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）であり、結像レンズにより形成される光学的な像を電気的な信号に変換する。撮像素子４上には、入射した光束を取り入れる受光部が複数形成されている。さらに、撮像素子４は、結像レンズの個数と等しい数の撮像領域が形成されており、１つの撮像領域には複数の受光部が含まれている。ここで、各結像光学系をユニットとし、１ユニットは、１つの結像レンズと、１つの撮像領域により構成される。そして、これらの複数のユニットは２次元に配列される。これにより、１つの結像レンズに入射する光束は、１つの撮影領域に結像され、電気的なアナログ信号に変換される。なお、撮像素子４は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）でもよい。
【００３８】
Ａ／Ｄ変換器１２は、撮像素子４により出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。画像合成器１３は、Ａ／Ｄ変換器１２により出力される画像信号に、後述する合成処理を施す。
【００３９】
物体１１ａから発せられた光束のうち、主光線が放物面ミラー１の焦点５へ向かう光束８は、放物面ミラー１の反射面上で反射される。光束８の主光線は、放物面ミラー１の性質により、Ｚ軸と平行になるように反射される。その後、反射された光束８は、レンズアレイ３に入射し、ユニットごとに結像される。この構成により、物体１１ａの位置に関わらず、放物面ミラー１上で反射された光束８の主光線は、レンズアレイ３の各結像レンズ
に平行光として入射するので、撮像画像は、焦点５を中心とした座標系に変換することができる。
【００４０】
次に、本実施の形態に係る広角撮像装置によって得られる画像について説明する。図２において、「ａ」「ｂ」「ｃ」「ｄ」の４つの文字が描かれたスクリーン２０は、Ｚ軸を中心に放物面ミラー１の周囲に設置される。また、図２（ｃ）に示すように、スクリーン２０は、その表面から放物面ミラー１までの距離が一定になるように設置される。
【００４１】
図３は、放物面ミラー１により形成されるスクリーン２０の虚像を示す。このとき形成される虚像は、スクリーン２０に描かれた文字が相対的に反転された画像である。スクリーン２０から放物面ミラー１の焦点５に向かう光束８は、放物面ミラー１上で反射される。主光線がＺ軸と平行になるように反射された光束８は、レンズアレイ３に入射し、各結像レンズにより撮像素子４上に結像される。このとき、各結像レンズは、スクリーン２０の虚像の部分画像を撮像素子４上に結像する。例えば、図４に示すように、ユニットＡ１１において、領域Ａ１１の虚像は、結像レンズＡ１１により、撮像素子４上の撮像領域Ａ１１に結像される。したがって、２５個の結像レンズを用いた場合、２５個のユニットが構成されることになり、スクリーン２０の撮影領域は２５個に分割される。また、結像レンズの結像作用により、部分画像の倒立像が、それぞれ撮像素子４上に結像される。撮像素子４上に結像された各画像は、ＣＣＤにより電気的なアナログ信号に変換されたあと、Ａ／Ｄ変換器１２によりデジタル信号に変換される。
【００４２】
図５は、各ユニットにより得られる各部分画像を再構成した図を示す。各ユニットにより出力された部分画像は、Ａ／Ｄ変換器１２によりデジタル信号に変換された後、画像合成器１３により合成処理が行われる。画像合成器１３は、回転処理回路と合成処理回路とを含み、図５に示す各部分画像に回転処理および合成処理を行うことにより、合成画像を形成する。画像合成器１３は、まず、Ａ／Ｄ変換器１２により出力された各部分画像を倒立像から正立像に変換する処理を行う。すなわち、それぞれの撮影領域の中心を軸として１８０°回転させ、これらを合成し、１枚の全体画像として合成画像を出力する。この際、隣接する結像レンズの撮像範囲は一部重複していることから、重複した部分を利用することにより、周知の相関処理などのパターンマッチング手法を用いて各部分画像をつなぎ合わせる。つなぎ合わされた合成画像は、記録装置に記録され、またはモニタに表示される。
【００４３】
このように、放物面ミラーと、複数の結像レンズを用いた複眼光学系により、撮像素子と結像レンズとの距離、および放物面ミラーと結像レンズとの距離を短くすることができ、光軸方向に小型化が可能となる。また、放物面ミラーと結像レンズとの距離が短くなることにより、放物面ミラーも小さくすることができるので、広角撮像装置全体の小型化が可能となる。さらに、各結像レンズの径は微小であることから、虚像が形成される位置のずれが微小となり、画質の劣化を抑制することができる。
【００４４】
以上のように、実施の形態１に係る広角撮像装置を用いることにより、放物面ミラーにより反射された光束の主光線は、放物面ミラーの回転軸と平行になるので、撮像画像は、放物面ミラーの焦点を中心とした画像に変換することができる。また、複眼光学系において、結像レンズの径は微小であることから、単一の光学系において１枚の結像レンズを用いる場合と比べて、主点の位置をずらすことができる。これにより、バックフォーカスを短くすることができ、光軸方向に小型化が可能となる。
【００４５】
また、各結像レンズは、虚像の部分画像を、ユニットごとに撮像素子上に結像させる。そして、全体画像は、各ユニットによる部分画像を合成することにより得られる。したがって、各ユニットにより得られる部分画像は、低解像度になることから、パンフォーカスとすることが可能であり、レンズアレイと放物面ミラーとの距離を短くすることができる。したがって、結像レンズと撮像素子との距離および結像レンズと放物面ミラーとの距離、すなわち光学系の全長を短くすることができるので、小型化された広角撮像装置を提供することができる。
【００４６】
また、結像レンズの径は微小であることから、各結像レンズに入射する光束の放物面ミラーにおける反射領域は小さくなる。したがって、放物面ミラーの断面の曲率の差による虚像の形成位置のずれを微小にすることができる。これにより、画質の劣化を抑えた鮮明な全方位画像を得ることができる。
【００４７】
なお、本実施の形態において、反射ミラーの形状は放物面としたが、これに限られない。例えば、被写体光を結像レンズに対して平行光となるように反射させることができる回転対称性を有する円錐形状や、回転非対称の形状のミラーを用いても、全方位画像の撮像が可能な広角撮像装置を構成することができる。
【００４８】
（実施の形態２）
図６は、実施の形態２に係る広角撮像装置２００の構成を示す概略図である。広角撮像装置２００は、実施の形態１に係る広角撮像装置１００の構成とほぼ等しい構成を持つが、以下の点で異なる。すなわち、回転体ミラーの形状を双曲面とし、また、レンズアレイ３の双曲面ミラー側に偏向素子を備える点で異なる。
【００４９】
２葉双曲面は、２つの焦点２５および２７を有する。２葉双曲面のうち、焦点２５を有する一方の双曲面は、双曲面ミラー２１として用いられる。また、双曲面ミラー２１は、反射面を有する凸面鏡である。ここで、双曲面ミラー２１の回転中心軸２６と、鉛直方向を示すＺ軸とは一致している。また、Ｚ軸と垂直な平面内において、直交する軸をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする。なお、双曲面ミラー２１は、ＺＹ平面による切り口の形状は双曲線になり、ＸＹ平面による切り口の形状は円になる性質を有する。
【００５０】
偏向光学素子は、平凸レンズ２２からなり、入射した光束をレンズアレイ３の結像レンズに対して平行光となるように屈折させる。これにより、双曲面ミラー２１により反射された光束を、レンズアレイ３の端部周辺に位置する結像レンズに入射させることができ、被写体に対する視野を確保することができる。平凸レンズ２２は、双曲面の焦点７と平凸レンズの焦点との位置が等しくなるように配置される。したがって、双曲面ミラー２１により反射され、平凸レンズ２２に入射する光束の主光線は、２葉双曲面のうち、他方の双曲面の焦点を通過する。平行光として入射した光束は、レンズアレイ３を構成する各結像レンズにより撮像素子４上に結像される。
【００５１】
物体１１ａから発せられた光束のうち、主光線が双曲面ミラー２１の焦点２５へ向かう光束２８は、双曲面ミラー２１の反射面上で反射したあと、回転中心軸２６上の双曲面の焦点２７に達する。焦点２７に達した光束２８は、平凸レンズ２２により平行光にされた後、レンズアレイ３に入射する。そして、レンズアレイ３に入射した光束２８は、結像レンズによって、ユニットごとに結像される。このような構成により、物体１１ａの位置に関わらず、双曲面ミラー２１上で反射された光束の主光線は、双曲面および平凸レンズの焦点２７に達するので、撮像画像は、焦点２５を中心とした座標系に変換することができる。
【００５２】
次に、本実施の形態に係る広角撮像装置によって得られる画像について説明する。実施の形態１と同様に、図２において、「ａ」「ｂ」「ｃ」「ｄ」の４つの文字が描かれたスクリーン２０は、Ｚ軸を中心に双曲面ミラー２１の周囲に設置される。この際、実施の形態１と同様に、スクリーン２０は、その表面から双曲面ミラー２１までの距離が一定になるように設置される。
【００５３】
双曲面ミラー２１により形成される虚像は、実施の形態１における放物面ミラーを用いた場合と比べて、文字の歪みの少ない画像となる。双曲面ミラー２１上で反射され、主光線が焦点２７に達する光束２８は、双曲面の焦点２７と等しい位置に焦点を有する平凸レンズ２２により、平行光に屈折される。平行光に屈折された光束２８は、レンズアレイ３に入射し、撮像素子４上に結像される。ここで、実施の形態１と同様に、レンズアレイ３を構成する各結像レンズは、微小であることから、スクリーン２０の部分画像を、ユニットごとに結像させる。このとき、平凸レンズおよび結像レンズの結像作用により、部分画像の正立像が、それぞれ撮像素子４上に結像される。
【００５４】
図７は、各ユニットにより得られる各部分画像を再構成した図を示す。実施の形態１の場合と異なり、撮像画像は正立像であるため、画像合成器１３は回転処理回路が不要となる。したがって、実施の形態１と比べて、画像合成器１３における信号処理の負担を減少させることができる。画像合成器１３は、周知の相関処理などのパターンマッチング手法を用いて合成処理を行い、１枚の全体画像として合成画像信号を出力する。
【００５５】
このように、双曲面ミラーと、複数の結像レンズを用いた複眼光学系により、撮像素子と結像レンズとの距離、および双曲面ミラーと結像レンズとの距離を短くすることができ、光軸方向に小型化が可能となる。また、放物面ミラーと結像レンズとの距離を短くなることにより、双曲面ミラーも小さくすることができるので、広角撮像装置全体の小型化が可能となる。さらに、各結像レンズの径は微小であることから、虚像が形成される位置のずれが微小となり、画質の劣化を抑制することができる。
【００５６】
以上のように、実施の形態２に係る広角撮像装置は、小型化が困難であった双曲面ミラーを用いた場合においても、実施の形態１と同様に、光軸方向の小型化が可能となる。また、結像レンズと双曲面ミラーとの距離を短くすることにより、双曲面ミラーの径を小さくすることができるので、さらに小型化された広角撮像装置とすることができる。また、双曲面ミラーにおける光束の反射領域を小さくすることができるので、画質の劣化が抑制された全方位画像を得ることができる。したがって、回転体ミラーの形状に双曲面を用いた広角撮像装置においても、小型化および画質劣化の抑制が可能となる。
【００５７】
また、実施の形態２に係る広角撮像装置において、撮像画像は正立像であることから、回転処理回路が不要な信号処理の負担が少ない画像合成器とすることができるので、簡素化および小型化された広角撮像装置とすることができる。
【００５８】
なお、実施の形態２において、偏向光学素子は平凸レンズを用いたがこれに限られない。例えば、図８に示すように、平凸レンズと同等の効果を有するフレネルレンズを用いてもよい。これにより、平凸レンズを用いたときと比べて、レンズの厚さを薄くすることができ、さらに光軸方向への小型化が可能になる。
【００５９】
なお、実施の形態１および２において、図９に示すように、レンズアレイと撮像素子との間に遮光板として隔壁を設けてもよい。これにより、レンズアレイを構成する各結像レンズによる像が、隣接する結像レンズによる像と重なって撮像素子に入力されることを防止することができる。したがって、実施の形態１および２の効果に加えて、さらに画質の劣化を抑制することができ、良好な全方位画像信号を得ることができる。
【００６０】
なお、実施の形態１および２において、撮影領域を２５分割し、レンズアレイを構成する結像レンズの個数はＸ方向に５個、Ｙ方向に５個とする２５個としたが、これに限られない。
【００６１】
なお、ユニットの２次元の配列とは、実施の形態１および２に示した、単一の平面上に限られず仮想球面上でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の広角撮像装置は、小型化が要望されている、監視装置や移動型ロボットの視覚センサ、車載撮像装置などに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施の形態１に係る広角撮像装置の構成を示す概略図
【図２】実施の形態１に係る撮影対象物の概略図であり、（ａ）は撮影対象物の模式図、（ｂ）および（ｃ）は、撮影対象物と広角撮像装置との配置図
【図３】実施の形態１に係る広角撮像装置の放物面ミラーに投影される虚像を示す図
【図４】実施の形態１に係るレンズアレイと撮影領域とを説明する図であり、（ａ）は、虚像に対する撮影領域を示す図、（ｂ）は、レンズアレイと撮影領域との関係を示す図
【図５】実施の形態１に係る各ユニットにより得られる各部分画像を再構成した図
【図６】実施の形態２に係る広角撮像装置の構成を示す概略図
【図７】実施の形態２に係る各ユニットにより得られる各部分画像を再構成した図
【図８】実施の形態２に係る偏向素子にフレネルレンズを用いた図
【図９】実施の形態１および２に係る遮光板を備えた広角撮像装置を示す図であり、（ａ）は、構成を示す概略断面図、（ｂ）は、撮影領域と遮光板との関係を示す図
【図１０】従来の広角撮像装置の構成を示す概略図
【図１１】２葉双曲面を示す図
【図１２】従来の広角撮像装置に係る虚像形成を示す図
【符号の説明】
【００６４】
１  放物面ミラー
３  レンズアレイ
４  撮像素子
５  放物面ミラーの焦点
６  放物面ミラーの回転中心軸
８  光束
９  隔壁
１１ａ  撮影対象物
１１ｂ  虚像
１２  Ａ／Ｄ変換器
１３  画像合成器
１４  フレネルレンズ
１５  放物面ミラーの内部焦点
２０  スクリーン
２１  双曲面ミラー
２２  平凸レンズ
２５  双曲面の焦点
２６  双曲面ミラーの回転中心軸
２７  双曲面の焦点
２８  光束
【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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