(57)【要約】【課題】光学面への傷付きの可能性がより少ない全方位撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１００は、第1、第２、第３および第４の撮像部Ｃ1〜Ｃ４を有する。Ｃ１，Ｃ２の光軸Ａ１，Ａ２は第１の平面Ｐ１内において基準軸Ｘに対して線対称であり、Ｃ１，Ｃ２のセンサ短辺方向は第１の平面に直交する。Ｃ３，Ｃ４の光軸Ａ３，Ａ４は第１の平面に直交する第２の平面Ｐ２内において基準軸に対して線対称であり、Ｃ３，Ｃ４のセンサ短辺方向は第２の平面に対して直交する。Ａ１，Ａ２は基準軸に直交する第３の平面Ｐ３に対して一方の側において傾き、Ａ３，Ａ４は第３の平面に対して他方の側において傾いている。Ｃ1，Ｃ３の撮像視野間、Ｃ３，Ｃ２の撮像視野間、Ｃ２，Ｃ４の撮像視野間およびＣ４，Ｃ1の撮像視野間には保護部３ｂ１３，３ｂ２３，３ｂ２４，３ｂ１４が設けられている。Ｃ１，Ｃ２の撮像視野間およびＣ３，Ｃ４の撮像視野間には保護部がない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが光学系と該光学系の光軸に直交する長方形の撮像面を有する撮像素子とを含む第１乃至第４の撮像部を有する撮像装置であって、
前記第１及び第２の撮像部のそれぞれの第１及び第２の光軸は、第１の平面内において基準軸に対して互いに線対称であり、前記第１及び第２の撮像部のそれぞれの前記撮像面の短辺方向は、前記第１の平面に対して直交しており、
前記第３及び第４の撮像部のそれぞれの第３及び第４の光軸は、前記第１の平面に直交する第２の平面内において前記基準軸に対して互いに線対称であり、前記第３及び第４の撮像部のそれぞれの前記撮像面の短辺方向は、前記第２の平面に対して直交しており、
前記基準軸に直交する第３の平面に対して一方の側において、前記第１及び第２の光軸は前記第３の平面に対して傾いており、
前記第３の平面に対して他方の側において、前記第３及び第４の光軸は前記第３の平面に対して傾いており、
前記第１乃至第４の撮像部のうち２つの撮像部の撮像視野の間において該２つの撮像部の前記光学系における最も物体側の光学面の頂点よりも物体側に突出した部分を保護部というとき、
前記第１及び第３の撮像部の撮像視野の間、前記第３及び第２の撮像部の撮像視野の間、前記第２及び第４の撮像部の撮像視野の間ならびに前記第４及び第１の撮像部の撮像視野の間のそれぞれに、前記保護部が設けられており、
前記第１及び第２の撮像部の撮像視野の間ならびに前記第３及び第４の撮像部の撮像視野の間に、前記保護部が設けられていないことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の光軸は前記第３の平面に対して互いに同じ第１の角度だけ傾いており、
前記第３及び第４の光軸は前記第３の平面に対して互いに同じ第２の角度だけ傾いていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１乃至第４の撮像部のそれぞれにおいて、前記光学面の頂点から前記保護部までの距離をｄ０［ｍｍ］、前記短辺方向における前記光軸から前記保護部までの距離をＲ［ｍｍ］、前記光学系の入射瞳から前記光学面の頂点までの距離をｔ１［ｍｍ］とするとき、
Ｒ≧（ｔ１＋ｄ０）×ｔａｎ４５°
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１乃至第４の撮像部のそれぞれにおいて、前記光学面の頂点から前記保護部までの距離は、１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の角度をαとし、前記第２の角度をβとするとき、
２０°≦α≦２６°
２０°≦β≦２６°
なる条件を満足することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１乃至第４の撮像部はそれぞれ、前記撮像面の長辺方向での有効画角を２ωＬとし、前記撮像面の短辺方向での有効画角を２ωＳとするとき、
２ωＳ×４≧３６０°
２ωＳ×２＋２ωＬ≧３６０°
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１乃至第４の撮像部はそれぞれ、前記撮像面の長辺方向での有効画角を２ωＬ、前記撮像面の短辺方向での有効画角を２ωＳ、前記撮像面の対角方向での有効画角を２ωＤとするとき、
２ωＬ≦１．８×２ωＳ
２ωＤ≦√（２ωＳ２＋２ωＬ２）
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１乃至第４の撮像部はそれぞれ、前記撮像面の長辺方向での有効画角を２ωＬ、前記撮像面の短辺方向での有効画角を２ωＳとするとき、
１．３≦２ωＬ／２ωＳ≦１．６
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のカメラを用いて全方位を撮像可能な撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置の位置から水平方向３６０°と天頂および真下を含む全ての方向、すなわち全方位を撮像可能な撮像装置として、特許文献１にて開示されたものがある。この撮像装置では、２つの魚眼レンズを互いに反対側に向けて配置し、これら２つのカメラで撮像して得られた２つの画像を合成することで、全方位画像を生成する。また、特許文献２には、４つのカメラをこれらを取り囲む正四面体の４つの頂点の方向を向くように配置し、該４つのカメラで撮像した４つの画像を合成して全方位画像を生成する撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１１８７４２号公報
【特許文献２】米国特許第８９０２３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１にて開示された撮像装置では、その両側に魚眼レンズの最も物体側のレンズ面が露出している。このため、撮像装置が転倒していずれかの魚眼レンズのレンズ面が地面に衝突すると、レンズ面に傷が付く。一方、特許文献２にて開示された撮像装置では、各カメラのレンズ面の頂点が該撮像装置の一部であるメカ部材よりも奥に位置するように配置されているため、レンズ面が地面に接触し難い。しかし、地面に小石等の凸部が存在すると、該凸部によってレンズ面が傷付くおそれがある。
【０００５】
本発明は、レンズ面への傷付きの可能性がより少ない全方位撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての撮像装置は、それぞれが光学系と該光学系の光軸に直交する長方形の撮像面を有する撮像素子とを含む第１乃至第４の撮像部を有する撮像装置であって、
第１及び第２の撮像部のそれぞれの第１及び第２の光軸は、第１の平面内において基準軸に対して互いに線対称であり、第１及び第２の撮像部のそれぞれの撮像面の短辺方向は、第１の平面に対して直交している。第３及び第４の撮像部のそれぞれの第３及び第４の光軸は、第１の平面に直交する第２の平面内において基準軸に対して互いに線対称であり、第３及び第４の撮像部のそれぞれの撮像面の短辺方向は、第２の平面に対して直交している。基準軸に直交する第３の平面に対して一方の側において、第１及び第２の光軸は第３の平面に対して傾いている。第３の平面に対して他方の側において、第３及び第４の光軸は第３の平面に対して傾いている。第１乃至第４の撮像部のうち２つの撮像部の撮像視野の間において該２つの撮像部の光学系における最も物体側の光学面の頂点よりも物体側に突出した部分を保護部というとき、第１及び第３の撮像部の撮像視野の間、第３及び第２の撮像部の撮像視野の間、第２及び第４の撮像部の撮像視野の間ならびに第４及び第１の撮像部の撮像視野の間のそれぞれに保護部が設けられており、第１及び第２の撮像部の撮像視野の間ならびに第３及び第４の撮像部の撮像視野の間に保護部が設けられていないことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、保護部を外装部材の適切な位置に設けたことで、各撮像装置の光学面への傷付きの可能性がより少ない全周囲撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１である全方位撮影装置の斜め上から見たときの外観斜視図。
【図２】実施例１の撮影装置の上面図、底面図、正面図および側面図。
【図３】実施例１の撮像装置の斜め下から見たときの外観斜視図。
【図４】実施例１の撮像装置に用いられるカメラの構成を示す図。
【図５】実施例１の撮像装置における４つのカメラの配置を示す図。
【図６】実施例１の撮像装置における４つのカメラの光軸の向きと配置を示す図。
【図７】実施例１の撮像装置における４つのカメラの光軸の向きを全方位を示す球面上に示す図。
【図８】実施例１の撮像装置における４つのカメラの撮像センサに結像する立体角範囲を示す図。
【図９】実施例１の撮像装置における４つのカメラの撮像視野の関係を示す図。
【図１０】実施例１の撮像装置における４つのカメラの赤道面上と子午線方向での画角分担を示す図。
【図１１】比較例１の撮像装置において４つのカメラの撮像センサに結像する立体角範囲を示す図。
【図１２】比較例１の撮像装置における４つのカメラ間の撮像視野の重複部分を示す図。
【図１３】比較例２の撮像装置における４つのカメラの撮像センサに結像する立体角範囲を示す図。
【図１４】比較例２の撮像装置における４つのカメラ間の撮像視野の重複部分を示す図。比較例２のカメラ間の撮像視野の重複部分を示す図
【図１５】公知例１における撮像センサと画角との関係を示す図。
【図１６】公知例２における撮像センサと画角との関係を示す図。
【図１７】公知例２における撮像視野を示す図。
【図１８】実施例１の撮像装置が転倒したときの様子を示す図。
【図１９】実施例１の撮像装置におけるセンサ長辺方向の画角を示す図。
【図２０】全周バリアを示す図。
【図２１】実施例１の撮像装置におけるセンサ短辺方向の画角を示す図。
【図２２】実施例１の撮像装置における近接被写体と２つのカメラの配置関係を示す図。
【図２３】実施例１の撮像装置における保護部の設置位置を示す図。
【図２４】本発明の実施例２である撮像装置の外観図。
【図２５】実施例１の撮像装置における各カメラの撮像視野と保護部の配置との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の実施例１である全方位撮像装置（以下、単に撮像装置という）１００を斜め上から見たときの外観を示す。図２（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、撮影装置１００の上面図、下面図、正面図および側面図である。
【００１１】
撮影装置１００は、４つのカメラである第１のカメラ（第１の撮像部）Ｃ１、第２のカメラ（第２の撮像部）Ｃ２、第３のカメラ（第３の撮像部）Ｃ３および第４のカメラ（第４の撮像部）Ｃ４と、保持部材２と、外装部材３とを有する。４つのカメラＣ１〜Ｃ４は、保持部材２により一体的に保持されている。外装部材３は、各カメラの前端レンズ面（最も被写体側の光学面）とその周囲の保持部材２の面を露出させつつ、４つのカメラＣ１〜Ｃ４を覆うように保持部材２に固定されている。
【００１２】
カメラＣ１〜Ｃ４はそれぞれ、レンズ系（光学系）と該レンズ系の光軸ＡＸＬに直交する長方形の撮像面を有する撮像センサ（撮像素子）とを含み、全方位を分割して撮像する。
【００１３】
なお、本実施例における「直交」や「平行」とは、厳密な直交や平行に限らず、製造誤差や本実施例の撮像装置としての機能を損なわない範囲（例えば、５°以内）で厳密な直交や平行からずれている場合を含む。
【００１４】
以下の説明において、第１から第４のカメラＣ１〜Ｃ４をそれぞれ、単にカメラＣ１〜Ｃ４という。また、図２（Ａ），（Ｂ）において図の紙面に垂直な軸であって、図２（Ｃ），（Ｄ）において図の紙面に平行な軸を基準軸Ｘとする。
【００１５】
カメラＣ１とカメラＣ２は、図２（Ａ）に示すように、それらの光軸Ａ１，Ａ２が基準軸Ｘと光軸Ａ１，Ａ２を含む第１の平面Ｐ１内において基準軸Ｘに対して線対称となるように配置されている。また、カメラＣ１とカメラＣ２は、第１の平面Ｐ１に対して、カメラＣ１，Ｃ２の撮像面の短辺方向Ｓ１，Ｓ２が直交するように配置されている。以下の説明において、撮像面の短辺方向をセンサ短辺方向ともいい、撮像面の長辺方向をセンサ長辺方向ともいう。
【００１６】
カメラＣ３とカメラＣ４は、それらの光軸Ａ３，Ａ４が基準軸Ｘと光軸Ａ３，Ａ４を含む第２の平面Ｐ２内において基準軸Ｘに対して線対称となるように配置されている。また、カメラＣ３とカメラＣ４は、第２の平面Ｐ２に対して、カメラＣ３，Ｃ４のセンサ短辺方向Ｓ３，Ｓ４が直交するように配置されている。
【００１７】
なお、本実施例にいう「線対称」や「回転対称」とは、厳密な線対称や回転対称に限らず、製造誤差や本実施例の撮像装置としての機能を損なわない範囲で線対称や回転対称からずれている場合も含む。
【００１８】
さらに、カメラＣ１，Ｃ２の光軸Ａ１，Ａ２は、基準軸Ｘに対して直交する第３の平面Ｐ３に対して第１の側（一方の側であり、図２（Ｃ）では上側）において互いに同じ第１の角度αだけ傾いている。また、カメラＣ３，Ｃ４の光軸Ａ３，Ａ４は、第３の平面Ｐ３に対して第１の側とは反対側の第２の側（他方の側であり、図２（Ｃ）では下側）において互いに同じ第２の角度βだけ傾いている。本実施例では、αおよびβはともに、２２．５°である。
【００１９】
なお、本実施例において「互いに同じ角度」とは、厳密な同じ角度に限らず、製造誤差や本実施例の撮像装置としての機能を損なわない範囲で互いにずれている場合も含む。
【００２０】
外装部材３のうちカメラＣ１，Ｃ２の前端レンズ面が露出した２つのレンズ露出面３ａ１，３ａ２はそれぞれ、第３の面Ｐ３に対して２２．５°だけ傾いて第１の側（斜め上側）に面する斜面として形成されている。また、カメラＣ３，Ｃ４の前端レンズ面が露出した２つのレンズ露出面３ａ３，３ａ４はそれぞれ、第３の面Ｐ３に対して２２．５°だけ傾いて第２の側（斜め下側）に面する斜面として形成されている。
【００２１】
そして、外装部材３のうち、レンズ露出面３ａ１，３ａ３の間、言い換えればカメラＣ１，Ｃ３の撮像視野の間には、カメラＣ１，Ｃ２の前端レンズ面の頂点よりも被写体側に突出した部分としての保護部３ｂ１３が設けられている。撮像視野については後述する。同様に、レンズ露出面３ａ２，３ａ３（カメラＣ２，Ｃ３の撮像視野）の間には、カメラＣ２，Ｃ３の前端レンズ面の頂点よりも被写体側に突出した保護部３ｂ２３が設けられている。また、レンズ露出面３ａ２，３ａ４（カメラＣ２，Ｃ４の撮像視野）の間には、カメラＣ２，Ｃ４の前端レンズ面の頂点よりも被写体側に突出した保護部３ｂ２４が設けられている。さらに、レンズ露出面３ａ１，３ａ４（カメラＣ１，Ｃ４の撮像視野）の間には、カメラＣ１，Ｃ４の前端レンズ面の頂点よりも被写体側に突出した保護部３ｂ１４が設けられている。
【００２２】
ただし、外装部材３のうち、レンズ露出面３ａ１，３ａ２（カメラＣ１，Ｃ２の撮像視野）の間およびレンズ露出面３ａ３，３ａ４（カメラＣ３，Ｃ４の撮像視野）の間となる箇所には、保護部は設けられていない。保護部３ｂ１３，３ｂ２３，３ｂ２４，３ｂ１４の具体的な形状については後述する。
【００２３】
以上説明したように、本実施例の撮像装置１００は、基準軸Ｘに対して１８０°回転対称の構造を有する。
【００２４】
図３は、撮像装置１００を斜め下から見たときの外観を示す。外装部材３の底面のうち基準軸Ｘ上には、不図示の一脚や三脚等の脚部材に設けられた雄ネジを締め込んで撮像装置１００を脚部材に固定するための脚固定用ネジ穴部４が設けられている。
【００２５】
図４は、カメラＣ１〜Ｃ４の互いに同一の構造を示す。カメラ１は、撮像レンズ（レンズ系）５と、撮像センサ６と、基板７と、本体８とを有する。撮像レンズ５は、その前端（最も物体側）に最も径が大きな凹メニスカスレンズを有し、ｆθ系の射影を行う広角レンズである。本実施例の撮像レンズ５の画角２ωは１３５°である。
【００２６】
撮像センサ６は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子であり、基板７上に実装されている。撮像センサ６の撮像面は長方形に形成されており、その短辺と長辺の長さの比は２：３である。本体８は、撮像センサ６が実装された基板７と、撮像レンズ５を保持する。撮像レンズ５の光軸Ａは、撮像センサ６の撮像面の中心を通り、かつ該撮像面と直交する。
【００２７】
図５（Ａ），（Ｂ）は、４つのカメラＣ１〜Ｃ４の配置を示す。図５（Ａ）は正面から見た配置を、図５（Ｂ）は側面から見た配置を示している。図５（Ａ）に示すように、左右の２つのカメラＣ１，Ｃ２は、その光軸Ａ１，Ａ２が斜め上方に延びるように配置されている。図６（Ｂ）は、光軸Ａ１，Ａ２と基準軸Ｘとの関係を示す。光軸Ａ１，Ａ２と基準軸Ｘは同一平面である第１の平面Ｐ１に含まれている。光軸Ａ１，Ａ２は、基準軸Ｘに関して線対称に配置され、基準軸Ｘに直交する第３の平面Ｐ３に対して２２．５°上方に傾いている。カメラＣ１，Ｃ２の撮像センサ６は、図５（Ｂ）に示すように、その短辺方向Ｓ１，Ｓ２が第１の平面Ｐ１に対して直交するように配置されている。
【００２８】
一方、図５（Ｂ）に示すように、前後の２つのカメラＣ３，Ｃ４は、その光軸Ａ３，Ａ４が斜め下方に延びるように配置されている。図６（Ｃ）は、光軸Ａ３，Ａ４と基準軸Ｘとの関係を示す。光軸Ａ３，Ａ４と基準軸Ｘは同一平面である第２の平面Ｐ２に含まれている。光軸Ａ３，Ａ４は、基準軸Ｘに関して線対称に配置され、第３の平面Ｐ３に対して２２．５°下方に傾いている。図６（Ａ）に示すように、第１の平面Ｐ１と第２の平面Ｐ２は、基準軸Ｘ上で直交している。カメラＣ３，Ｃ４の撮像センサ６は、図５（Ａ）に示すように、その短辺方向Ｓ３，Ｓ４が第２の平面Ｐ２に対して直交するように配置されている。
【００２９】
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、全方位を球状に表している。ここでは、基準軸Ｘに相当する軸を球体の地軸といい、球体の中心を通って地軸に直交する大円を含む面を赤道面、大円の外周を赤道という。また、球体の上端を北極点といい、下端を南極点という。球体上に描かれた複数の子午線のうちカメラＣ１の光軸Ａ１と交差する子午線を基準（０°）として東経および西経の角度を表現し、赤道を基準（０°）として北緯および南緯の角度を表現する。
【００３０】
図７（Ｄ）に示すように、図７（Ａ）は上方（北極点側）から見た球体を、図７（Ｂ）は側方（＋９０°方向）から見た球体を、図７（Ｃ）は正面（０°方向）から見た球体をそれぞれ示している。球体上には、カメラＣ１〜Ｃ４の光軸Ａ１〜Ａ４との交点と撮像センサ６の向き（２：３の短辺と長辺が延びる方向）を示している。
【００３１】
図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、図７と同様の球体上にカメラＣ１〜Ｃ４の撮像視野、すなわち撮像センサ６に結像する被写界の角度範囲を示している。カメラＣ１〜Ｃ４の撮像レンズ５の焦点距離はいずれも、センサ短辺方向において２４ｍｍであり、センサ長辺方向において３６ｍｍである。
【００３２】
カメラＣ１の撮像視野は、上部は北極点を含み、下部は南緯４５°付近まで広がり、赤道上で東経４５°付近から東経（西経）０°を含んで西経４５°付近まで広がる範囲である。さらに図８（Ａ）に示すように、カメラＣ１の撮像視野の上部は、北極点回りにおいて東経１２０°付近から東経（西経）０°を含んで西経１２０°付近まで広がっている。
【００３３】
カメラＣ２の撮像視野は、カメラＣ１の撮像範囲と地軸に関して線対称な範囲、言い換えれば地軸および東経９０°と西経９０°の子午線を含む平面に関して面対象な範囲である。カメラＣ２の撮像視野の上部は北極点を含み、下部は南緯４５°付近まで広がり、赤道上で東経１３５°付近から東経（西経）１８０°を含んで西経１３５°付近まで広がる範囲である。また、カメラＣ２の撮像視野の上部は、北極点回りにおいて東経６０°付近から東経（西経）１８０°を含んで西経６０°付近まで広がっている。
【００３４】
カメラＣ３の撮像視野は、下部は南極点を含み、上部は北緯４５°付近まで広がり、赤道上で西経４５°付近から西経９０°を含んで西経１３５°付近まで広がる範囲である。また、カメラＣ３の撮像視野の下部は、南極点回りにおいて東経３０°付近から西経９０°を含んで東経１５０°付近まで広がっている。
【００３５】
カメラＣ４の撮像視野は、カメラＣ３の撮像範囲と地軸に関して線対称な範囲、言い換えれば地軸および東経（西経）０°の子午線を含む平面に関して面対象な範囲である。カメラＣ４の撮像視野の下部は南極点を含み、上部は北緯４５°付近まで広がり、赤道上で東経４５°付近から東経９０°を含んで東経１３５°付近まで広がる範囲である。また、カメラＣ４の撮像視野の下部は、南極点回りにおいて西経３０°付近から東経９０°を含んで西経１５０°付近まで広がっている。
【００３６】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、図８に示したＣ１〜Ｃ４の撮像視野の重なりを示している。図中のＣ１＋Ｃ２で示すカメラＣ１の撮像視野とカメラＣ２の撮像視野は、図９（Ａ）中に太丸９で囲んだ北極点の周辺で重なり合う。また、これら撮像視野はそれぞれ、赤道上の東経４５°付近から西経４５°付近までの範囲および東経１３５°付近から西経１３５°付近までの範囲と南緯４５°付近までの範囲を覆う。
【００３７】
Ｃ３＋Ｃ４で示すカメラＣ３の撮像視野とカメラＣ４の撮像視野は、南極点の周辺で重なり合う。また、これら撮像視野はそれぞれ、赤道上の西経４５°付近から西経１３５°付近までの範囲および東経４５°付近から東経１３５°付近までの範囲と北緯４５°付近までの範囲を覆う。
【００３８】
４つのカメラＣ１〜Ｃ４の撮像視野の重なり合いを示すＣ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ４において、図９（Ａ）中に太丸１０で示す領域では、カメラＣ１の撮像視野とカメラＣ２の撮像視野の交点にカメラＣ４の撮像視野の上端ラインが接している。これにより、カメラＣ１〜Ｃ３の撮像視野の重複を最小限に抑えることができる。また、図９（Ｂ）中の太丸１１内には、赤道上でのカメラＣ１とカメラＣ４の撮像視野の重なりを示す。これらの撮像視野は数°程度重なり合っている。このように、太丸９〜１１で示した３か所でカメラＣ１〜Ｃ３の撮像視野が重なり合っていればよい。
【００３９】
太丸９と太丸１１で示した部分では、後述する画像の接合を行う場合には、ある程度の重複面積が必要とされる。一方、太丸１０内においてカメラＣ１，Ｃ２，Ｃ４の撮像視野が点で重なるので、重複面積は必要最低限でよい。カメラＣ１，Ｃ２とカメラＣ４の撮像視野が重なり合いについても同様である。これら３箇所をバランス良く配置するために、撮像センサ６の撮像面の短辺と長辺の比は２：３が好ましく、各カメラが向く角度は赤道面に対して２２．５°付近であることが好ましい。
【００４０】
以下、その理由を説明する。図１０（Ａ），（Ｂ）は赤道面上と子午線方向でのカメラＣ１〜Ｃ４の撮像視野（言い換えれば有効画角であり、以下、単に画角という）の分担を示している。赤道面上では、各カメラのセンサ短辺方向に対応する画角となるため、図１０（Ａ）に示すように、３６０°を等しく４分割した９０°が最小画角となる。一方、子午線方向では、図１０（Ｂ）に示すように、北極と南極のうち一方の極側ではセンサ短辺方向に対応する画角となり、他方の極側ではセンサ長辺方向に対応する画角が２つで３６０°をカバーすることになる。このため、センサ長辺方向に対応する画角としては１３５°が必要となる。撮像視野の重複を最小限に抑えたとき、センサ短辺方向に対応する画角とセンサ長辺方向に対応する画角との比は２：３となり、このときに撮像センサ６の利用効率が最も高くなる。
【００４１】
４つのカメラＣ１〜Ｃ４が撮像によって取得した４つの画像は、画像処理により結合（合成）される。この際、４つの画像間にはある程度の重複部分が必要となる。重複部分の角度を増やすためには、撮像レンズ５の画角を広角側に広げる必要がある。しかし、合成後の画像が３６０°の範囲を超えることはなく、それぞれのカメラＣ１〜Ｃ４が取得した画像のうち合成後の画像として使用される画角の合計は３６０°となる。すなわち、重複部分を持つ場合でも、合成した画像間の境界で各カメラの画角を定義するため、上述した２：３が撮像センサ６の利用効率を最も高めることになる。
【００４２】
前述した特許文献１にて開示された撮像装置では、全方位を２つの撮像センサにより撮像するために、各カメラの撮像レンズは全周魚眼レンズであることが必要となり、その結像範囲は円形状となる。一般的な撮像センサは、その撮像面が長方形に形成されており、撮像面のアスペクト比は３：４、２：３および９：１６であることが多い。これらのうち最もアスペクト比が１：１に近いアスペクト比３：４の撮像センサを特許文献１にて開示された撮像装置に用いても、撮像面内において実際に撮像に用いられる有効撮像領域は、図１５に示すように、撮像面の面積の５８．９％となり、利用効率は低い。
【００４３】
また、前述した特許文献２にて開示された撮像装置は、４つのカメラが正四面体の４つの頂点を向き、４つの頂点の対称性が高いため、全方位を均等に分割して撮像するために効率が良いとも考えられる。しかし、互いに同一形状の４つの長方形の撮像面を有する撮像センサを用いる場合には、撮像センサの利用効率が低い。図１６は、特許文献２にて開示された撮像装置における１つの撮像センサにおける有効撮像領域を示す。４つの撮像センサは相互に対称な位置に配置されているため、１つの撮像センサが担う撮像視野は、正四面体の中心から１つの正三角形面を見たときの角度範囲に相当する。その角度範囲を撮像センサの撮像面上に等角投影したものを図１７に示す。この場合、有効撮像領域は、図１６に示すように、撮像センサの撮像面の面積の６０％程度と低い。
【００４４】
図１８は、撮像装置１００が地面（アスファルト舗装面）に向かって転倒する様子を示す。撮像装置１００は一脚等の脚部材を用いて地面上に立てて固定されることが多い。一般的なアスファルト舗装においては、骨材として砕石が用いられており、その粒径は１３〜１５ｍｍである。舗装面上に存在する小石はこの骨材に起因するものが主である。
【００４５】
図に示すように、カメラ１の前端レンズ面がその周囲の外装部材３より奥（被写体とは反対側）に引っ込んでいることで、舗装面上の小石等が前端レンズ面に当たることを防止することができる。上述した骨材の粒径を考慮すると、前端レンズ面を外装部材３より少なくとも１０ｍｍは引っ込ませる必要があり、望ましくは１５ｍｍ以上、さらに望ましくは１７ｍｍ以上引っ込ませるとよい。
【００４６】
図１９は、センサ長辺方向において外装部材３に前述した保護部を設けるべき領域を示す。カメラ１のセンサ長辺方向での全画角を２ωとすると、撮像レンズ５の入射瞳の位置から光軸Ａの片側において半画角ωが必要となる。図１９はセンサ長辺方向の画角２ω＝１３５°である場合を示している。
【００４７】
少なくともこの画角内にメカ部材が存在すると、該メカ部材によって必要な光束がケラれる。必要な光束をけらずに前端レンズ面頂点を外装部材３からｄ０だけ奥に引っ込ませるためには、図中の太線で囲んだ領域にメカ部材としての保護部を配置する必要がある。
【００４８】
保護部を配置できる領域の光軸Ａからの最短距離Ｒは、下記の式（１）で与えられる。
Ｒ＝（ｔ１＋ｄ０）×ｔａｎ６７．５°    （１）
例えば、撮像レンズ５の入射瞳位置ｔ１を７ｍｍとし、前端レンズ面頂点の引っ込み量１５ｍｍとすると、バリアを配置可能な領域の光軸Ａからの最短距離Ｒは、５３．１ｍｍとなる。
【００４９】
図２０は、保護部３ｂを前端レンズ面の全周にわたって設けた場合を示す。図２０は、ｄ０＝０ｍｍとなるように前端レンズ面頂点とほぼ同じ高さに保護部３ｂを設けたときと、ｄ０＝１５ｍｍとなるように保護部３ｂを設けたときとでの保護部３ｂの径の差を示している。画角２ωＬを１３５°とすると、前者の径は３３．８ｍｍであり、後者の径はφ１０６．２ｍｍとなる。このため、保護部を前端レンズ面の全周にわたって設けると、その径の増大により撮像装置１００のサイズが大型化する。
【００５０】
図２１は、センサ短辺方向において外装部材３に保護部を設けるべき領域を示す。カメラ１のセンサ短辺方向の画角を２ωＳとすると、撮像レンズ５の入射瞳の位置から光軸Ａの片側において半画角ωが必要となる。図１９はセンサ長辺方向の画角２ωＬ＝１３５°である場合を示している。
【００５１】
図２１は、外装部材３に前述した保護部を設けるべき領域を示す。カメラ１のセンサ短辺方向での全画角を２ωＳ＝９０°としてセンサ長辺方向と同様の計算により、ｄ０＝０ｍｍとなるように前端レンズ面頂点とほぼ同じ高さに保護部３ｂを設けたときは、保護部の径はφ１４ｍｍとなる。一方、ｄ０＝１５ｍｍとなるように設けた保護部３ｂの径はφ４４ｍｍとなる。このため、センサ短辺方向に保護部３ｂを設けることによる撮像装置１００の大型化を防ぐことができる。
【００５２】
広角レンズを使用する際には、不要な光がカメラに入射しないようにフレアカット用フードを用いることがある。この場合、４つのカメラを互いに隣り合うように配置した撮像装置１００においては、カメラ間に設けられた保護部とフードとのメカ的な干渉が問題となる。このため、保護部を各カメラから離して配置する必要がある。
【００５３】
また、ここまでの説明では被写体距離が無限遠である場合について考えてきたが、実際の製品においては近接被写体も考える必要がある。具体的には、１ｍ以下の被写体距離の近接被写体を考える必要があり、少なくとも被写体距離が５０ｃｍ程度の近接被写体を２つのカメラにより撮像して得られた画像を合成する必要がある。図２２に示すように、隣り合う２つのカメラの撮像レンズの入射瞳位置間の間隔が１０ｃｍであるとき、被写体距離Ｌが５０ｃｍの近接被写体１６を撮像して得られる画像の合成を可能とするためには、撮像レンズの半画角は約５．７°以上の余裕量θが必要である。この結果、保護部をさらに遠い位置に配置することが必要となり、撮像装置１００が大型化する。
【００５４】
４つのカメラの撮像レンズの入射瞳位置間の間隔が全て同じとすると、最短撮像距離で決まる画角の余裕量は、センサ短辺方向やセンサ長辺方向等の方向によらず約５．７°となる。しかし、同じ余裕量５．７°だけ画角を広げたときの保護部の大きさの変化量は、センサ長辺方向の方がセンサ短辺方向の２倍程度大きくなる。保護部を設けることによる撮像装置１００の大型化を最小限で済ますためには、本実施例のように、センサ短辺方向における撮像視野間にのみ保護部を設け、センサ長辺方向における撮像視野間には保護部を設けないことが有効である。
【００５５】
図２３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、図１〜図３に示した保護部３ｂ１３，３ｂ２３，３ｂ２４，３ｂ１４を配置する位置を図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示した球体上に示している。
保護部３ｂ１３，３ｂ２３，３ｂ２４，３ｂ１４はそれぞれ、センサ短辺方向におけるカメラＣ１とカメラＣ３の間、カメラＣ２とカメラＣ３の間、カメラＣ２とカメラＣ４の間およびカメラＣ１とカメラＣ４の間に赤道面を上下方向に横切るように配置されている。保護部３ｂ１３，３ｂ２３，３ｂ２４，３ｂ１４は、これらの位置に各カメラに写り込まないように（各カメラに向かう光線をケラないように）配置されている。一方、センサ長辺方向におけるカメラＣ１とカメラＣ２の間である北極点周辺およびカメラＣ３とカメラＣ４の間である南極点周辺に保護部は配置されない。
【００５６】
具体的には、立方体から図１〜図３を用いて説明したレンズ露出面３ａ１，３ａ２，３ａ３，３ａ４を底面とする４つの溝を切り落とした形状に外装部材３を形成することで、４つの保護部３ｂ１３，３ｂ２３，３ｂ２４，３ｂ１４が設けられる。
【００５７】
図２５は、カメラＣ１〜Ｃ４の撮像視野Ｖ１〜Ｖ４と保護部３ｂ１３，３ｂ２３，３ｂ２４，３ｂ１４の関係を示している。撮像視野Ｖ１〜Ｖ４はそれぞれ、対応するカメラＣ１〜Ｃ４から離れた位置で交差（重複）する。保護部３ｂ１３は、カメラＣ１の撮像視野Ｖ１とカメラＣ３の撮像視野Ｖ３とが交差する位置よりもカメラＣ１，Ｃ３に近い位置、すなわち撮像視野Ｖ１と撮像視野Ｖ３との間に設けられている。同様に、保護部３ｂ２３はカメラＣ２の撮像視野Ｖ２とカメラＣ３の撮像視野Ｖ３との間に設けられ、保護部３ｂ２４はカメラＣ２の撮像視野Ｖ２とカメラＣ４の撮像視野Ｖ４との間に設けられている。保護部３ｂ１４は、カメラＣ１の撮像視野Ｖ１とカメラＣ４の撮像視野Ｖ４との間に設けられている。
【００５８】
以上説明した外装部材３の形状により、各カメラのセンサ長辺方向については１８０°の開口を形成する。一方、センサ短辺方向については、各カメラの前端レンズ面頂点よりも被写体側に突出した部分が保護部３ｂ１３，３ｂ２３，３ｂ２４，３ｂ１４として機能する。
【００５９】
このような保護部３ｂ１３，３ｂ２３，３ｂ２４，３ｂ１４を備えた外装部材３を用いることにより、どのカメラが下向きとなるように撮像装置１００を地面に置いても（撮像装置１００が転倒しても）、地面から前端レンズ面頂点が十分な高さだけ浮いた状態となる。したがって、地面に小石等が存在しても、それらが前端レンズ面に触れることはなく、前端レンズ面の傷付きを防ぐことができる。
【００６０】
以下の条件は、短辺方向に設けた保護部で撮影光束をけらないための条件である。
Ｒ≧（ｔ１＋ｄ０）×ｔａｎ４５°
短辺方向の必要最低画角は９０°であるから、少なくとも、その光束をけらないように設置する必要がある。
【００６１】
各レンズ系の画角は、下記の２つの条件を満たす必要がある。
２ωＳ×４≧３６０°
赤道面に関して、４つのカメラのセンサ短辺方向の画角で全周画角３６０°を覆う必要があるため、上記の条件を満足する必要がある。
２ωＳ×２＋２ωＬ≧３６０°
一方、子午線方向に関しては、２つのカメラのセンサ長辺方向の画角と１つのカメラのセンサ短辺方向の画角で３６０°を覆う必要がある。これらを満足する各カメラの画角の最低値は、
２ωＬ＝１３５°
２ωＳ＝９０°
であり、このとき、
２ωＳ：２ωＬ＝２：３
となる。ただし、実際は画像合成の際に重なり合う重複部分を必要とするため、その分それぞれの画角は大きくなる。この場合、センサ短辺方向の画角とセンサ長辺方向の画角の比率を２：３のままそれぞれの画角を大きくするのが理想である。この比率を変更する場合は、センサ短辺方向の余裕しろを増やした方がよい。
【００６２】
センサ長辺方向の画角については、以下の条件のようにセンサ短辺方向の画角の１．８以下が望ましく、それ以上、センサ長辺方向の画角を大きくすると余裕しろが無駄になるばかりか、レンズ系の画角が無駄になり、光学的に好ましくない。
２ωＬ≦１．８×２ωＳ
以下の条件を満足する、すなわち撮像センサの対角方向の画角２ωＤが短辺（２ωＳ）と長辺（２ωＬ）でできた長方形の対角長以下であることで、光学系の仕様を簡素化することができる。もちろんセンサ長辺方向の画角分は必要であるため、下限値は２ωＬとなるが、対角方向の画角に関しては余裕しろを減らすことで光学系全体の大きさを抑えることが可能である。
２ωＤ≦√（２ωＳ２＋２ωＬ２）
上記のようにセンサ短辺方向の画角に対するセンサ長辺方向の画角の比は１．５程度が理想である。画角の余裕しろとしては、センサ長辺方向よりもセンサ短辺方向にあるほうが好ましく、撮像センサのアスペクト比が低い方に条件を広げて設定した。アスペクト比が低い撮像センサを用いる場合は、センサ短辺方向の画角の余裕シロが増すため、赤道方向の画像の合成において優位である。
【００６３】
一般的な撮像において、遠方で注目すべき被写体は水平方向にあることが多い。そのような被写体の画像を接合（合成）する場合には、より多くの余裕しろがあることが好ましい。このため、以下の条件を満足するアスペクト比を有する、特に下限値程度までアスペクト比が低い撮像センサを用いてもよい。
１．３≦２ωＬ／２ωＳ≦１．６
【実施例２】
【００６４】
図２４は、本発明の実施例２である撮影装置１００’を示す。本実施例の撮像装置１００’も４つのカメラを有し、これら４つのカメラの配置（撮像レンズの光軸および撮像センサの向き）および撮像視野は実施例１と同じである。
【００６５】
本実施例では、主として実施例１の図１〜図３に示したレンズ露出面３ａ１，３ａ２，３ａ３，３ａ４に相当する４つのレンズ露出面により形成された第１の外装部材３１が、４つのカメラＣ１〜Ｃ４を保持する保持部材２に固定されている。さらに第１の外装部材３１はワイヤ等の複数の支持部材１３を介してフレーム形状の第２の外装部材３２に固定されている。この第２の外装部材３２が保護部として機能する。
【００６６】
第２の外装部材３２は、アルミやマグネシウム合金等の軽量の金属、プラスチックまたはカーボンファイバ等の材料により形成されたフレーム構造部材であり、立方体の１２辺のうち８辺を一筆書きした形状を有する。この第２の外装部材３２の８つの頂点が第１の外装部品３１と支持部材１３で接続されている。支持部材１３は、金属ワイヤやゴムワイヤ等により構成されている。
【００６７】
撮像装置１００’が転倒した際には、第２の外装部材３２が保護部として機能することで、どのカメラが下向きとなっても前端レンズ面頂点が地面から十分な高さだけ浮いた状態となる。したがって、地面に小石等が存在しても、それらが前端レンズ面に触れることはなく、前端レンズ面の傷付きを防ぐことができる。また、第２の外装部材３２や支持部材１３が弾性変形することで、カメラＣ１〜Ｃ４へのダメージを軽減することができる。
【００６８】
なお、支持部材１３を第１および第２の外装部材３１，３２に対して取り外し可能とすることで、ユーザによるカメラＣ１〜Ｃ４のメインテナンスを容易にすることができる。
（比較例１）
比較例１について説明する。本比較例では、４つのカメラの光軸の赤道面（第３の平面）に対する傾き角度が、正四面体の頂点方向である３５．２６°となっている。本比較例でも、撮像センサの短辺と長辺の長さの比は２：３である。また、各カメラの撮像レンズの焦点距離ｆは１３．０ｍｍである。
【００６９】
図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）と同様に、カメラＣ１の撮像視野を示す。また図１２（Ａ），（Ｂ）は、カメラＣ１とカメラＣ４の撮像範囲の重なりを示す。本比較例では、カメラＣ１の撮像視野とカメラＣ２の撮像視野の北極点周辺での重複面積はかなり大きく、また赤道上でのカメラＣ１の撮像視野とカメラＣ４の撮像視野の重複面積も大きい。これにより、実施例１や実施例２に比べて撮像センサの利用効率はかなり低下する。
（比較例２）
比較例２について説明する。本比較例では、４つのカメラの光軸の赤道面（第３の平面）に対する傾き角度が１８°となっている。本比較例でも、撮像センサの短辺と長辺の長さの比は２：３である。また、各カメラの撮像レンズの焦点距離ｆは１４．２ｍｍである。
【００７０】
図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）と同様に、カメラＣ１の撮像視野を示す。また図１４（Ａ），（Ｂ）は、カメラＣ１とカメラＣ４の撮像範囲の重なりを示す。本比較例では、赤道上でのカメラＣ１の撮像視野とカメラＣ４の撮像視野の重複面積はかなり小さくなるが、カメラＣ１の撮像視野とカメラＣ２の撮像視野の北極点周辺での重複が点となり、好ましくない。
【００７１】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４  カメラ
３，３１，３２  外装部材
３ｂ１３，３ｂ２３，３ｂ２４，３ｂ１４  保護部
５  撮像レンズ
６  撮像センサ
１００，１００’  撮影装置
【図１】
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【図２】
2019117243.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2019117243.tif 000008
【図７】
2019117243.tif 000009
【図８】
2019117243.tif 000010
【図９】
2019117243.tif 000011
【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】
2019117243.tif 000019
【図１８】
2019117243.tif 000020
【図１９】
2019117243.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2019117243.tif 000023
【図２２】
2019117243.tif 000024
【図２３】
2019117243.tif 000025
【図２４】
2019117243.tif 000026
【図２５】
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